· Aplicación de análisis RCM en instalaciones eléctricas y petroleras/ ... Comisión Federal de Electricidad • Florencio Aboytes García, subdirector de Programación, Comi-

45

Sumarioabril-junio-2012

Boletín IIE

Sumario46 Editorial

47 Divulgación Investigación, desarrollo e innovación tecnológica de sistemas de

control de aerogeneradores/Research, development and technological innovation of wind turbine generator control systems

Raúl Garduño Ramírez, Arnulfo Antelmo Rodríguez Martínez, Marino Sánchez Parra, Miguel Ángel Martínez Morales, María Aurora Hernández Cuéllar, Indira Xochiquetzal Alcaide Godínez, Víctor Genaro Re López y Roberto Hernández González.

56 Tendenciatecnológica Sistemas para el cálculo de parámetros eléctricos y eficiencia energé-

tica para generadores hidroeléctricos de gran capacidad/Systems for calculating electrical parameter and energy efficiency for high capacity hydro-electric generators

Oscar Alfonso Reyes Martínez, Alberth Pascacio de los Santos, Carlos Alberto Pérez Abad y Nicolás León Rivera.

63 Artículotécnico Caracterización de los sistemas de control de voltaje y velocidad

de una máquina síncrona de alta potencia para pruebas de corto circuito/Characterization of the voltage control and speed systems of a synchronous machine of high-power for short-circuit tests

Víctor Octavio Segura Ozuna, Isaura Victoria Hernández Rodrí-guez, Indira Xochiquetzal Alcaide Godínez, Raúl Garduño Ramírez, Julio César Montero Cervantes, Genaro Ruiz Rodríguez y Ricardo Martínez Torres.

72 ComunidadIIE IIE: Premio Nacional de Tecnología e Innovación, XII edición/IIE:

National Award for Technology and Innovation, XII edition. El IIE transfiere canal parabólico/IIE transfers parabolic trough. Métodos de mapeo y generación de series de datos de viento/

Methods of mapping and generation of wind data series. Recibe IIE excelente evaluación sobre liderazgo tecnológico/IIE

receives excellent reviews on technology leadership. El IIE participa en el XXIV Congreso ADIAT 2012/IIE participates

in XXIV ADIAT Congress 2012. XIII Congreso y Exposición Latinoamericana de Turbomaquinaria/

XIII Latin American Turbomachinery Congress and Exhibition. Participa el IIE en Electri Q 2012/IIE participates in Electri Q 2012. Traspasando fronteras/Crossing borders.

76 BrevesTécnicas Servicios de vanguardia en el IIE: Laboratorio de Turbomaquinaria/

Cutting-edge services at IIE: Tubomachinery Laboratory Alberto Amancio Santiago Jiménez. Modernizando el Sistema Nacional de Refinación/Modernizing

National Refining System Luis Iván Ruiz Flores. Aplicación de análisis RCM en instalaciones eléctricas y petroleras/

RCM analysis at electric and oil installations Juan Arellano Gómez y Rogelio Rea Soto.

82 Artículodeinvestigación Nonlinear companding circuits with thermal compensation to

enhance input dynamic range in analog optical fiber links/Circuitos no lineales con compensación térmica para mejorar el rango dinámico de entrada analógica en enlaces de fibra óptica

Joaquín Héctor Rodríguez Rodríguez y José Conrado Velázquez Hernández.

JuntaDirectiva

Presidente: Antonio Vivanco Casamadrid, director general de la Comisión Federal de Electricidad

Secretario: Hugo Gómez Sierra, presidente de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

Consejeros propietarios: • Verónica Irastorza Trejo, subsecretaria de Planeación Energética y Desarrollo Tecnológico, Secretaría de Energía • Luis Carlos Hernández Ayala, director de Opera-ción, Comisión Federal de Electricidad • Francisco Acosta Arredondo, director de Modernización, Comisión Federal de Electricidad • Florencio Aboytes García, subdirector de Programación, Comi-sión Federal de Electricidad • Jesús Eliseo Ramos, subdirector de Distribución, Comisión Federal de Electricidad • Jaime Francisco Hernández Martínez, director general de Programación y Presu-puesto “B” de la Secretaría de Hacienda y Crédito Público • José Narro Robles, rector de la Univer-sidad Nacional Autónoma de México • Yoloxóchitl Bustamante Diez, directora general del Instituto Politécnico Nacional • Enrique Fernández Fassnach, rector general de la Universidad Autónoma Metropolitana • Eugenio Cetina Vadillo, director adjunto del Centro de Investigación, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología • Jaime Parada Ávila, director general, Innovación y Competiti-vidad, S. A. de C. V.

Comisarios públicos: • Samuel Alcocer Flores, delegado y comisario público propietario del Sector Energía de la Secretaría de la Función Pública • Juan Edmundo Granados Nieto, subdele-gado y comisario público suplente del Sector Energía de la Secretaría de la Función Pública

Invitados: • Emiliano Pedraza Hinojosa, director general de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía • Carlos Antonio Álvarez Balbas, socio director, Despacho Álvarez Balbas, S. C. • Miguel Vázquez Rodríguez, presidente de la Comisión de Innovación y Tecnología de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

ComitéTécnicoOperativo

Presidente:Reyna Amada Velázquez Montes, Secretaría de Energía

Secretariotécnico: Fernando A. Kohrs Aldape, Instituto de Investigaciones Eléctricas

• Luis Carlos Hernández Ayala, Comisión Federal de Electricidad • Samuel Alcocer Flores, Secre-taría de la Función Pública • Juan Edmundo Granados Nieto, Secretaría de la Función Pública • Jaime Francisco Hernández Martínez, Secretaría de Hacienda y Crédito Público • José Narro Robles, Universidad Nacional Autónoma de México • Yoloxóchitl Bustamante Diez, Instituto Politécnico Nacional • Enrique Fernández Fassnach, Universidad Autónoma Metropolitana • Eugenio Cetina Vadillo, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología • Emiliano Pedraza Hinojosa, Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía • Miguel Vázquez Rodríguez, Comisión de Innovación y Tecnología de la Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas

ComitéEditorial

• Julián Adame Miranda, director ejecutivo • Ángel Fierros Palacios, director de Energías Alternas • Salvador González Castro, director de Sistemas de Control • Rolando Nieva Gómez, director de Sistemas Eléctricos • José M. González Santaló, director de Sistemas Mecánicos • Fernando A. Kohrs Aldape, director de Planeación, Gestión de la Estrategia y Comercialización • José Alfredo Pérez Gil y García, director de Administración y Finanzas

• Francisco Escárcega Rodríguez, coordinador de Comunicación Institucional • Gladys Dávila Núñez, jefa del Departamento de Difusión, editora y cuidado de la edición • Federico Estrada Arias, coordinador editorial • Arturo Fragoso Malacara, diseño gráfico • Johana Lizbeth Hernández Ortiz, diseño de portada y forros • Verónica García Rodríguez, diagramación y formación • Wendy Lugo Sandoval, publicación electrónica • Sergio Ortega López, fotografía • Ana María Sámano Ramírez, distribución

Publicidad

Comercialización Difusió[email protected] [email protected] López García Gladys Dávila NúñezTeléfono: (+52) (777) 362 3851 Teléfono: (+52) (777) 362 [email protected] [email protected]

Boletín IIE es una publicación trimestral, de distribución gratuita y editada por el Departa-mento de Difusión del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Los artículos firmados son responsabilidad de sus autores. El material de este Boletín sólo puede reproducirse parcial o totalmente, con la autorización escrita del IIE. ISSN0185-0059. Certificado de licitud de título 01777. Franqueo pagado, publicación periódica, permiso número 002 0583, caracterís-ticas 319 321412, autorizado por Sepomex.

El tiraje de esta publicación es de 2,000 ejemplares.

Impreso en los talleres de Dicograf, S.A. de C.V. Av. Poder Legislativo 304, colonia Prados de Cuernavaca, C.P. 62239 Cuernavaca, Morelos, México.

46

Boletín IIEabril-junio-2012Editorial

Editorial

La tendencia mundial en el consumo de energía eléctrica ha hecho necesario desarrollar nuevas

capacidades de generación. En México, este crecimiento se basa en la Estrategia Nacional de Energía, donde por una parte se están incorporando al sistema eléctrico nacional nuevas centrales gene-radoras basadas en fuentes de energía renovables, y por otra están en expansión centrales tradicionales de grandes dimen-siones que llegan a ser únicas en el país. Estos esquemas de generación demandan mayores niveles de calidad y confiabilidad en el suministro de energía.

Comprometido con la mejora continua de los procesos del sector energético, parti-cularmente del eléctrico, el IIE enfrenta nuevos retos para mejorar la calidad y eficiencia de los equipos eléctricos de potencia. Mediante la investigación y la innovación tecnológica busca el incre-mento de la confiabilidad, la extensión de la vida útil de los equipos, así como la prevención y diagnóstico de fallas, lo cual se traduce en un beneficio tangible al reducirse los costos de operación y de mantenimiento.

En este número del Boletín IIE hemos conjuntado soluciones tecnológicas para diversos tipos de centrales generadoras.

El artículo de divulgación presenta la innovación tecnológica de sistemas de control de alto desempeño para mejorar la eficiencia y confiabilidad de los aerogene-radores instalados en centrales eólicas.

En el artículo de tendencia tecnológica se describe el sistema para el cálculo de parámetros eléctricos y de eficiencia ener-gética de generadores hidroeléctricos de gran capacidad, desarrollado por el IIE usando nueva tecnología.

La metodología para la caracterización de los sistemas de control de voltaje y velo-cidad del generador puede verse en el artículo técnico,basadoen la medición,

el monitoreo de señales y el registro de las formas de onda respectivas.

Comunidad IIE nos presenta los prin-cipales logros alcanzados en los primeros meses de 2012, entre los que destacan la participación del IIE en conferencias y exposiciones tecnológicas de renombre.

Las breves técnicas presentan las capa-cidades del Laboratorio de Turbomaqui-naria, la aplicación del mantenimiento basado en confiabilidad (análisis RCM) en centrales hidroeléctricas e instalaciones petroleras, y el desarrollo de soluciones de modernización en los sistemas eléctricos de la industria petrolera nacional.

En el artículo de investigación se presenta un método de compensación térmica para un circuito no lineal, utili-zado para mejorar las capacidades de manejo de señales transitorias en sistemas de medición basados en un transmisor-receptor de fibra óptica.

La confiabilidad de los sistemas eléctricos de potencia depende, en gran medida, de la correcta operación y mantenimiento de los equipos de generación, así como de nuevos sistemas de monitoreo y control basados en nuevas tecnologías, características que se destacan en los proyectos que el IIE realiza para la industria eléctrica y energé-tica del país y más allá de sus fronteras.

47

DivulgaciónInvestigación, desarrollo e innovación tecnológica de

sistemas de control de aerogeneradores

Investigación,desarrolloeinnovacióntecnológicadesistemasdecontrolde

aerogeneradores

Investigación, desarrollo e innovación tecnológica de sistemas de control de aerogeneradores

Raúl Garduño Ramírez, Arnulfo Antelmo Rodríguez Martínez, Marino Sánchez Parra, Miguel Ángel Martínez Morales, María Aurora Hernández Cuéllar, Indira Xochiquetzal Alcaide Godínez,

Víctor Genaro Re López y Roberto Hernández González

El sistema de control de un aeroge-nerador constituye el cerebro de la máquina; su objetivo es garantizar su operación segura y eficiente, así como salvaguardar su integridad física.

Abstract

Control systems constitute the brain and the nervous system of modern machines, such as wind turbine

generators (TGE by its acronym in Spanish). TGEs can work efficiently, safely and almost autonomously, thanks to the control systems with which they are equipped. Conversely, any malfunctioning of the control system may cause failure or damage of a component, a subsystem or even destruction of the TGE itself. This paper introduces some basic facts about genera-tion of electric power from wind energy in the world and Mexico, wind turbogenerators and their most relevant technologies, TGE control systems, and R&TD+I about TGE control systems performed at the Instituto de Investiga-ciones Eléctricas.

Introducción

La energía eólica representa actualmente, una de las alternativas más viables para la generación eléctrica con energía reno-vable. La transición de molinos de viento que suministran energía mecánica a turbinas eólicas generadoras de electri-cidad, comenzó alrededor del año 1900 en los Estados Unidos y Dinamarca. En 1930 se analizó su conexión a la red eléctrica, sin embargo, con la aparición de los radios de transistores de escaso consumo de energía mediante el uso de pilas, se enfocó la aplicación de los aerogeneradores a la carga de baterías de vehículos de campo.

A partir de 1973 resurgió la energía eólica en Europa y en Estados Unidos, debido a la disminución de los hidrocarburos, al incremento en la demanda energética y a la preocupación para la reducción de la creciente contaminación ambiental. Con el avance de la electrónica de potencia en las últimas tres décadas, la tecnología para convertir la energía del viento en electri-cidad ha avanzado significativamente en eficiencia, costo y confiabilidad. Este tipo de generación es hoy en día la de mayor penetración en el mercado de las energías renovables, con tasas de creci-miento anual superiores al 35%, de acuerdo con información del Consejo Eólico Mundial (GWEC por su siglas en inglés) (GWEC, 2012). A finales de 2011 se alcan-zaron 238.351 GW de capacidad de gene-ración eólica instalada en todo el mundo (figura 1). China es el país que ocupa el primer lugar con 62.733 GW, superando a los Estados Unidos que cuentan con una capacidad de generación instalada de 46.999 GW. En Europa, Alemania se situó en tercer lugar con 29.060 GW y España en el cuarto lugar con 21.674 GW. En quinto lugar está la India con 16.084 GW. Otras naciones en desarrollo también han aumen-tado su capacidad eólica. Por ejemplo, en Latinoamérica, Brasil llegó a 1.509 GW; en África, Egipto alcanzó 550 MW y Marruecos 291 MW; en Europa, Rumania 59 MW, Polonia 245 MW, Croacia 20 MW y Estonia 48 MW.

48

Boletín IIEabril-junio-2012Divulgación

Esta tecnología se está expandiendo más allá de los tradicionales mercados de los países ricos y se espera que su desarrollo continúe no sólo en Asia, sino también en Latinoamérica, principalmente Brasil y México, y en África.

La generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento es una alterna-tiva viable para satisfacer buena parte de la necesidad de energía eléctrica en el mundo, con las siguientes ventajas: 1) Es energía limpia que no produce gases tóxicos que contribuyen al calentamiento global y 2) La fuente de energía se renueva constantemente y no tiene costo.

EnergíaeólicaenMéxico

En 2010 se estimó que el potencial de generación eólica en México es de 71,000 MW, con lo cual podría generarse toda la energía eléctrica requerida en el país. Las regiones con mayor potencial eólico se encuentran en la Península de California, Sinaloa, Zacatecas, Hidalgo, Tamaulipas, Veracruz, Oaxaca y en la Península de Yucatán (Acosta, 2006) (figura 2). El mayor potencial eólico se concentra en el Estado de Oaxaca y se estima en 33,200 MW en la zona del Istmo de Tehuantepec, que es una de las zonas con mejores condiciones eólicas en el mundo.

La capacidad de generación instalada en México pasó de 2 MW en 1994 a 773 MW en 2012. Se prevé que en 2014 llegará a 6,792 MW y se espera que para 2026, la capacidad eoloeléctrica total instalada sea de 20,900 MW, aportando el 5.3% del total de la energía eléctrica requerida (SENER, 2012) (figura 3). En 2011, la Secretaría de Energía (SENER) otorgó permisos para la construcción de proyectos eólicos por

Figura 1.Capacidad anual de generación eólica instalada en el mundo en el período 2003-2011.

Figura2. Regiones con mayor potencial de generación eólica en México.

2,069 MW, de los cuales cerca del 50% ya se encuentra en construcción. En la región de La Ventosa, Oaxaca, se encuentran en desarrollo tres parques eólicos: La Venta III, Oaxaca I y Oaxaca IV, con una capa-cidad de 307 MW, para entrar en opera-ción en 2012. Para los siguientes años se tienen contemplados otros proyectos

eólicos en las principales regiones con capacidad de generación eólica en el país, por ejemplo, en Baja California se tienen proyectadas las centrales eoloeléctricas La Rumorosa I, II y III. En la mayoría de los proyectos de generación eólica por desa-rrollarse se prevén parques de generación de 100 MW en promedio.

49



Aerogeneradoresyparqueseólicos

Un aerogenerador es una máquina formada principalmente por una turbina eólica y un generador eléctrico. La turbina eólica transforma la energía cinética del viento en energía mecánica rotacional, la cual es transformada en energía eléctrica por el generador. Existen dos tipos de aerogene-radores según su eje de rotación: horizontal y vertical. Por motivos de eficiencia y mayor rendimiento, el tipo de aerogenerador más utilizado en la actualidad es el aerogene-rador de eje horizontal, en el cual, el eje de rotación se encuentra paralelo al suelo. Este tipo de aerogeneradores tienen su eje de rotación principal en la parte superior de una torre y necesitan un mecanismo de orientación para hacer frente a los cambios bruscos en la dirección del viento.

Las partes principales de un aerogene-rador de eje horizontal (figura 4) son las siguientes:• Rotor: Su función es transformar

la energía cinética del viento en un par mecánico de torsión en el eje del

equipo. La velocidad de rotación se encuentra acotada por parámetros del diseño estructural, siendo la velo-cidad de punta de las aspas el principal indicador.

• Góndola o nacelle: Sirve de aloja-miento para los elementos mecánicos y eléctricos (caja multiplicadora, gene-rador eléctrico, módulos de control, etc.) del aerogenerador.

• Caja de engranajes o multiplicadora: Puede estar presente o no. Trans-forman la baja velocidad del eje del rotor en alta velocidad de rotación, en el eje del generador eléctrico.

• Generador eléctrico: Existen dife-rente tipos, dependiendo del diseño del aerogenerador: síncronos o asín-cronos, jaula de ardilla o doblemente alimentados, con excitación o con imanes permanentes. Este equipo convierte la energía en electricidad.

• Torre: Ubica a la góndola a una mayor altura, donde los vientos son de mayor intensidad, permitiendo el giro de las aspas. Su diseño estructural soporta el peso de los equipos contenidos en la góndola del aerogenerador.

• Sistema de control: Se hace cargo del funcionamiento seguro y eficiente del equipo, controla la orientación de la góndola, la posición de las aspas y la potencia total entregada por el equipo.

En un parque eólico, los aerogeneradores deben ser colocados de manera óptima y en función de diversas variables, como la ubicación de la infraestructura exis-tente (accesos y red eléctrica), la viabilidad económica, los impactos ambientales y la producción de energía. Las turbinas deben situarse a cierta distancia unas de las otras, en términos de aerodinámica, porque el paso del viento por las aspas de un aeroge-nerador genera turbulencias en el mismo. Como norma general, la separación entre aerogeneradores en un parque eólico es de 5 a 9 diámetros de rotor en la dirección de los vientos dominantes y de 3 a 5 diáme-tros de rotor en la dirección perpendi-cular a los vientos dominantes. La figura 5 muestra una fila de aerogeneradores insta-lados en la central eoloeléctrica La Venta.

Figura3. Proyección para el período 2012 – 2026 de la capacidad estimada de genera-ción eólica en México.

Figura 4. Aerogenerador tripala de eje horizontal.

50


Tecnologíasdeaerogeneradores

Las tecnologías de aerogeneradores más utilizadas constan de una turbina eólica de eje horizontal, con diferentes tipos de generadores eléctricos (Marques, 2003), los cuales son: 1) Generador de inducción doblemente alimentado (DFIG), 2) Gene-rador de inducción de jaula de ardilla (IG), 3) Generador síncrono de imanes perma-nentes (PMSG) y 4) Generador síncrono de rotor devanado (SG). Usualmente, estos aerogeneradores constan de una turbina eólica tripala de eje horizontal, con capacidad de operación a velocidad variable, una caja de engranes multiplica-dora de velocidad, un generador eléctrico, un convertidor electrónico de frecuencia de potencia parcial o total y un transfor-mador para la conexión a la red eléctrica, como se muestra en la figura 6.

En todos estos tipos de aerogeneradores, la energía cinética del viento es capturada por las aspas de la turbina y transformada en energía mecánica rotacional de baja velocidad. La energía mecánica se trans-fiere mediante la caja de engranes a una velocidad más alta al generador eléctrico, para ser convertida en energía eléctrica.

En un aerogenerador DFIG se produce energía eléctrica en los devanados del estator y del rotor. La energía producida en el estator tiene la frecuencia de la red eléctrica (60 Hz en México) y la producida en el rotor tiene una frecuencia variable dependiendo de la velocidad del viento. La energía eléctrica de frecuencia variable es convertida a la frecuencia de la red eléctrica por el convertidor electrónico. Finalmente, ambos flujos de potencia se suman y son alimentados a la red eléctrica

Figura5. Parque de generación eólica La Venta.

a través de un transformador de potencia. En los aerogeneradores IG, PMSG y SG se produce energía eléctrica de frecuencia variable, en función de la velocidad del viento en los devanados del estator. Esta energía es convertida a frecuencia fija por el convertidor electrónico de potencia y posteriormente se transfiere a la red eléctrica, a través del trasformador de potencia.

Cada tecnología tiene sus ventajas y desventajas relativas al costo, tamaño y peso de los equipos, calidad de la energía eléctrica, confiabilidad y mante-nimiento (Polinder, 2005). La tecnología DFIG utiliza un convertidor electrónico cuya potencia equivale a un tercio de la potencia total del generador, mientras que las otras tres tecnologías descritas utilizan un convertidor de potencia completa, lo cual representa mayor costo y tamaño de este equipo. Además, el DFIG es 25% más barato que el IG. Por otro lado, el SG es el único que necesita un sistema de excitación. Una ventaja del PMSG es que la excitación del generador no es afectada por transitorios externos de la red.

Controldeaerogeneradores

El sistema de control (SC) de un aeroge-nerador (TGE) constituye el cerebro de la máquina. Su objetivo es el de garantizar la operación segura y eficiente del TGE, así como salvaguardar su integridad física. En forma general, el SC de un aerogenerador contempla un sistema de control secuen-cial (SCS) y un sistema de control regula-torio (SCR).

El SCS verifica el cumplimiento de una serie consecutiva de acciones y permisivos, y con base en ello toma acciones para posicionar al TGE en uno de los estados operativos (EO), incluidas en todas las fases de su operación. Asimismo, realiza la transición entre los diferentes EO de la máquina, distinguiendo entre las distintas situaciones de emergencia y condiciones de seguridad que se presentan ante contingen-cias en la operación del TGE. Los cambios de un EO a otro se realizan mediante una petición del usuario a través de la terminal de operación, o porque se produce alguna alarma que obliga al sistema a la existencia de un cambio de EO. Cuando se presentan

51



varias alarmas en forma simultánea, el SCS situará a la máquina en el EO más restric-tivo de todas ellas.

En forma general, un TGE puede estar en cualquiera de los siguientes EO: dispo-nible, marcha, listo, generando, fuera de servicio: paro, emergencia o manteni-miento (figura 7).

• Disponible: El aerogenerador está disponible cuando no hay ninguna alarma activa y por lo tanto el TGE puede entrar en operación. En este EO, el sistema de orientación está activo.

• Marcha: El TGE entra en este EO, cuando el operador da la orden de arrancar, con lo cual el SCS inicia la secuencia de arranque y lleva a la máquina hasta un punto, antes de alcanzar las condiciones de sincronismo.

Figura6. Tipos de aerogenerador.

d) Síncrono de rotor devanado (SG).

a) Doblemente alimentado (DFIG).

b) Inducción de jaula de ardilla (IG).

c) Síncrono de imanes permanentes (PMSG).

Figura7. Estados operativos típicos de un aerogenerador.

52


• Listo: El aerogenerador entra en este EO, si al dar la orden de arranque o marcha la velocidad del viento está por debajo de una velocidad mínima de operación. En este caso, el aeroge-nerador se quedará en un estado tran-sitorio de “listo”, orientándose conti-nuamente con la dirección del viento y esperando solamente a que se den las condiciones de viento para continuar con la secuencia de arranque, hasta conectarse a la red (EO: Generando).

• Generando: Si se dan todas las condi-ciones para continuar con la secuencia de arranque y se alcanzan las condi-ciones de sincronismo, el aerogene-rador se conecta a la red y genera potencia eléctrica.

• Fuera de servicio: Un TGE puede estar fuera de servicio y pasar a un EO de paro o de emergencia.

• Paro: Un aerogenerador pasa al EO de paro cuando se encuentra gene-rando y sale de operación por un paro normal. Este paro puede ser a solicitud del operador o por la activación de alguna alarma. Sale de este EO cuando se corrige el problema que originó la alarma, se realiza el reconocimiento de alarmas y el operador solicita el cambio.

• Emergencia: El TGE pasa a un estado de emergencia cuando está generando y el operador activa un botón de paro de emergencia, o por la activación de alguna alarma de emergencia.

• Mantenimiento: Un TGE puede estar en mantenimiento ya sea preventivo, o por la existencia de problemas en alguno de sus componentes.

En cuanto al SCR, su implementación debe cumplir con los siguientes objetivos: Captura eficiente de la energía disponible en el viento para todo el rango de veloci-

dades de operación; limitación de las cargas mecánicas dinámicas excesivas y mitigación de las cargas transitorias; cumplimiento de los estándares de calidad de energía y satis-facción de los requerimientos del código de red vigente (Bianchi, 2007). Para lograr lo anterior, el SCR incluye el control de orientación de la góndola, el control de la posición angular de las aspas (pitch), el control del generador eléctrico y el control del convertidor de potencia. El sistema de control para el caso de un aerogenerador DFIG se muestra en la figura 8.

El sistema de control de orientación tiene por objetivo alinear el eje del rotor, es decir, la posición de la góndola con la dirección del viento, con la fina-lidad de que las fuerzas de empuje y de levantamiento sean transmitidas lo más uniformemente posible a todo el tren de potencia y aprovechar al máximo la energía disponible del viento, ayudando con ello a minimizar los esfuerzos en los componentes mecánicos. El propósito del sistema de control de la posición angular

de las aspas es ajustar dicho ángulo, en función de la velocidad del viento para cambiar la fuerza aerodinámica en las aspas y regular la potencia producida por la turbina eólica.

En el modo de operación a velocidad variable con posición angular variable, el control de la turbina se programa para operar a velocidad variable y con una posición angular fija, este esquema es para velocidades de viento por debajo de la velocidad nominal, o bien, a velocidad constante y posición angular variable, para velocidades de viento por arriba de la velo-cidad nominal. La operación a velocidad variable permite maximizar la captura de energía a bajas velocidades de viento, mientras que la operación con posición angular variable permite regular la potencia de salida a velocidades de viento por arriba de la velocidad nominal. Como resultado se obtiene una curva de operación (figura 9), en la que se muestra la potencia produ-cida por un aerogenerador, en función de la velocidad del viento.

Figura8. Sistemas de control de un aerogenerador.

53



En general se tienen dos estrategias básicas de control de la turbina eólica: Control a potencia constante y control a torque cons-tante. En la primera, el sistema de control regula la potencia de salida del aeroge-nerador, de tal forma que la potencia sea constante para velocidades de viento arriba de la velocidad nominal. En la segunda, el sistema de control tiene como objetivo mantener constante el torque producido por la turbina para velocidades de viento arriba de la velocidad nominal (figura 10). La ventaja principal del control de torque es que se reducen los esfuerzos mecánicos de los componentes del tren de potencia, reduciendo con ello el número de fallas y los costos de mantenimiento.

El control del convertidor de potencia AC-DC-AC puede realizar varias funciones. El convertidor del lado máquina funciona generalmente como un rectificador. El sistema de control puede regular el flujo de potencia o el torque contra-electromotriz en el generador de una manera muy rápida y precisa, lo cual permite equilibrar la potencia o el par aplicado por la turbina a la flecha del generador. El control del conver-tidor del lado red puede usarse para regular la potencia reactiva, el voltaje de salida del aerogenerador o el factor de potencia.

Figura9. Curva típica de potencia-velocidad de un aerogene-rador de operación a velocidad variable.

Figura10. Esquema genérico de control de torque constante y potencia constante para un aerogenerador.

Asimismo, el control de los convertidores puede incluir los elementos necesarios para evitar la desconexión de la red, debido a un hueco de tensión (figura 11) y con ello satisfacer los requerimientos de los códigos de red (figura 12).

El control del convertidor de potencia también puede usarse para reducir las varia-ciones de la frecuencia y del voltaje en el punto de conexión a la red y la emisión de parpadeo (flicker), originados por la varia-ción de la velocidad del viento y causantes de la baja calidad de la energía que típica-mente suministran los aerogeneradores.

GrupodeI+DT+iencontroldeaerogeneradores

La Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones del Instituto de Investi-gaciones Eléctricas cuenta con un grupo de investigación enfocado al desarrollo de sistemas de control para aerogenera-dores. Este grupo terminó en diciembre de 2010, un proyecto para la Comisión Federal de Electricidad (CFE), en el que se monitoreó durante más de un año, la operación de un aerogenerador de 850 kW en la central eoloeléctrica La Venta, en la región de la Ventosa en el Istmo de Tehuan-

tepec, Oaxaca. El objetivo del proyecto fue recabar información de las variables que caracterizan el comportamiento de la máquina y que permiten establecer las condiciones de operación que pueden dar origen a fallas en los equipos, así como la identificación de las estrategias del sistema de control. Se instrumentó un aerogene-rador para medir las variables, se insta-laron dos sistemas de adquisición de datos y se equipó para transmitir la información recabada hasta las instalaciones del IIE en Cuernavaca, Morelos. Con los resultados de este proyecto, la CFE podrá mejorar sus prácticas operativas y de mantenimiento para obtener mayores beneficios técnicos, económicos y ambientales del parque eólico.

Actualmente, este grupo de investigadores está desarrollando el sistema de control para un aerogenerador de 1.2 MW con financiamiento del CONACYT. Adicio-nalmente, el grupo cuenta con una amplia gama de capacidades técnicas entre las que se encuentran las siguientes: a) Monitoreo y diagnóstico de la operación de aeroge-neradores, b) Especificación de equipos, sensores y actuadores e integración de sistemas de control, c) Diseño y desa-rrollo de interfaces de operación (IHM) de aerogeneradores, d) Diseño de estrategias

54


Figura 11. Hueco de tensión y respuesta de un aerogenerador DFIG con crowbar activo.

Figura12. Especificación del umbral mínimo de caída de tensión que debe soportar un aerogenerador sin salir de operación.

de control retroalimentado y secuencial de aerogeneradores, e) Diseño y super-visión técnica de pruebas de aceptación en fábrica (FAT), instalación, pruebas de aceptación en sitio (SAT) y puesta en servicio de sistemas de control, f) Cursos de capacitación de operación y manteni-miento del sistema de control y g) Mode-lado y simulación de aerogeneradores para desarrollo de sistemas de control.

PerspectivasdeI+DT+iencontroldeaerogeneradores

Un aerogenerador es un sistema complejo con grandes estructuras flexibles que trabaja bajo condiciones ambientales turbu-lentas e impredecibles, y está sujeto a las demandas variables de una red eléctrica a la cual está interconectado. La eficiencia y confiabilidad de un aerogenerador depende fuertemente de las características del sistema de control con que está equipado.

Para optimizar la operación y el manteni-miento de un aerogenerador es necesario desarrollar sistemas de control de alto desempeño que regulen, de una manera coordinada, la orientación de la góndola, la

posición angular de las aspas, la velocidad del rotor, el torque mecánico, el par contra- electromotriz, las potencias activa y reactiva generadas y el factor de potencia. Sistemas de control que supervisen y mantengan en zona segura las corrientes, voltajes y tempe-raturas de los componentes eléctricos, los torques, esfuerzos y deformaciones de los componentes mecánicos, así como las varia-ciones de voltaje, sobrecargas y contenido armónico de los componentes electrónicos. Sistemas de control que tomen en cuenta las grandes no linealidades y los problemas de estabilidad en la dinámica de un aerogene-rador, debidos a la interacción de los subsis-temas aerodinámico, mecánico, eléctrico y electrónico, así como los objetivos de opti-mización de la generación de energía, estra-tegias de reducción de cargas y esfuerzos, los requerimientos de confiabilidad y disponi-bilidad, y la incertidumbre de los modelos matemáticos.

Adicionalmente, el creciente nivel de penetra-ción de la energía eoloeléctrica en las redes eléctricas ha creado nuevos problemas y retos técnicos entre los que se incluyen: Respuesta a huecos de tensión de la red, control de frecuencia y potencia activa,

regulación del voltaje y la potencia reac-tiva, restauración de los servicios de la red después de caídas de potencia, predicción del viento, etc. Esto ha resultado en la nece-sidad imperante de desarrollar nuevas solu-ciones de control para aerogeneradores que combinen control no lineal, técnicas adap-tivas, metodologías robustas, estrategias de reparto de carga, leyes predictivas, control multivariable y control inteligente.

Referencias

GWEC. Global Wind Statics 2011, Febrero 2012.

SENER. Estrategia Nacional de Energía 2012-2026, Febrero 2012.

Acosta T. A. Parque Eólico en el Istmo de Tehuantepec, CFE, septiembre 2006.

Marques J., Pinherio H., Gründling H. A., Pinherio J. R. y Hey H. L. A survey on variable-speed wind turbine system, Congreso Brasileño de Electrónica de Potencia (COBEP), Brasil, 2003.

Polinder H., De Haan S. W. H., Dubois M. R. y Slootweg J. G. Basic Operation Principles and Electrical Conversion Systems of Wind Turbines, EPE Journal, Vol. 5, No. 4, Países Bajos, 2005.

Bianchi D. F., De Battista H. y Mantz R. J. Wind Turbine Control Systems. Principles, Modelling and Gain Scheduling Design, Springer-Verlag, 2007.

55



MIGUELÁNGELMARTÍNEZMORALES[[email protected]]Ingeniero Mecánico Electricista con especialidad en Sistemas Digitales por la Universidad Nacional Autó-noma de México (UNAM) en 1990. En 1993 ingresó al IIE, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comunica-ciones, donde ha participado en proyectos relacionados con el control de la generación de energía en centrales eléctricas. Actualmente participa en un proyecto para el desarrollo de un prototipo para el control de una máquina eólica de 1.2 MW, en donde ha participado en la especificación técnica de los sensores requeridos para la máquina, así como la especificación y desarrollo de la interfaz humano-máquina del sistema.

MARÍAAURORAHERNÁNDEZ CUÉLLAR[[email protected]]Maestra en Ciencias Computacionales por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM). Ingeniera Industrial Química por el Insti-tuto Tecnológico de Aguascalientes. En 1984 ingresó al IIE, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comu-nicaciones, donde ha participado en proyectos de inge-niería de control e instrumentación básica de centrales termoeléctricas, mejora de estrategias de control de la Central de Ciclo Combinado de la CFE en Dos Bocas, Veracruz; supervisión y puesta en servicio de plantas de turbinas de gas, así como servicios para Pemex Exploración y Producción. Es autora y coautora de varios artículos técnicos en congresos y revistas nacio-nales e internacionales, así como el registro de dere-chos de autor. Actualmente colabora en el proyecto de la Máquina Eólica Mexicana (MEM).

INDIRAXOCHIQUETZALALCAIDEGODÍNEZ[[email protected]]Ingeniera Eléctrica egresada de la Universidad Autó-noma del Estado de Morelos (UAEM) en 2009. Ha colaborado en la adquisición y monitoreo remoto de

un aerogenerador de 850 kW en Juchitán, Oaxaca. Ha participado en la publicación de seis artículos en congresos nacionales e internacionales y tiene un registro de Derechos de Autor: Evaluador de sistemas de control de turbogeneradores de combustión. Actual-mente participa en el grupo de desarrollo del sistema de control de la Máquina Eólica Mexicana (MEM).

VÍCTORGENARORELÓPEZ[[email protected]]Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones por la Universidad de las Américas (UDLA). En 1986 se integró al IIE, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones, participando en diferentes proyectos de investigación y de aplicaciones tecnológicas para la CFE y PEMEX. Es especialista en electrónica analó-gica (acondicionamiento de señales, sistemas de adqui-sición de datos de alta velocidad y precisión), electró-nica para medio hostil (alta temperatura), sistemas de seguridad gas y fuego, CCTV, cámaras de alta velo-cidad, sistemas de acceso y enlaces inalámbricos. Ha asesorado tesis de licenciatura. Actualmente colabora en el proyecto de la Máquina Eólica Mexicana (MEM).

ROBERTOHERNÁNDEZGONZÁLEZ[[email protected]]Ingeniero Mecánico Electricista por la UNAM en 1973. En 1973 ingresó al Plan Nacional Hidráulico y en 1978 a la Universidad Autónoma Metropoli-tana (UAM) Iztapalapa, desarrollando simulación de modelos hidráulicos. En 1980 ingresó al IIE como responsable del Centro de Cómputo en México y desde 1997 participa en la Gerencia de Control, Elec-trónica y Comunicaciones como investigador y Jefe de Proyecto. Sus áreas de interés incluyen monitoreo y adquisición de datos de generadores eléctricos, aero-generadores, redes de computadoras, comunicaciones y administración de centros de cómputo. Ha dirigido tesis de licenciatura. De 1988 a 1997 fue profesor en la Facultad de Ingeniería de la UNAM.

RAÚLGARDUÑORAMÍREZ[[email protected]]Doctor en Filosofía por la Pennsylvania State Univer-sity en el año 2000. Maestro en Ciencias por el CINVESTAV-IPN en 1987. Ingeniero Electricista por la ESIME-IPN en 1985. En 1986 trabajó en el Laboratorio Nacional de Ingeniería Mecánica de Japón. Desde 1987 trabaja en el Instituto de Inves-tigaciones Eléctricas, en la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones, en el desarrollo de sistemas de control para centrales eléctricas. Sus áreas de investigación incluyen sistemas de control inteligente, optimización dinámica multiobjetivo y control de turbogeneradores. Ha publicado dos libros, cinco capítulos de libros y más de ochenta artículos técnicos. Es autor del libro: Fossil-Fuel Power Plant Control: An Intelligent Hybrid Approach. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Sistema Estatal de Investigadores (SEI) en Morelos y Senior Member del IEEE.

ARNULFOANTELMORODRÍGUEZMARTÍNEZ[[email protected]]Maestro en Ciencias en Control por el CENIDET en 2004. Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por la ESIME-IPNl en 1987, año en que ingresó al IIE, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comu-nicaciones, donde ha participado y dirigido diversos proyectos de modernización de sistemas de control e instrumentación para PEMEX y la CFE, en proyectos de desarrollo de modelos bi y tridimen-sionales inteligentes de plataformas marítimas de PEMEX y de diseño de sistemas de seguridad contra incendio para centrales termoeléctricas e hidroeléc-tricas. Actualmente participa en el diseño del sistema de control de la Máquina Eólica Mexicana (MEM).

MARINOSÁNCHEZPARRA[[email protected]]Doctor y Maestro en Ingeniería por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por el Instituto Poli-técnico Nacional (IPN). En 1988 ingresó al IIE, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones, donde se ha desempeñado como investigador y Jefe de Proyecto. Ha colaborado en el desarrollo, implantación y puesta en marcha de sistemas de control digital para unidades de generación de centrales de ciclo combi-nado y turbinas de gas de baja potencia, así como en proyectos para desarrollo de tecnología de control usando técnicas de control inteligente. Sus temas de interés principal incluyen el control avanzado y el control inteligente, el diagnóstico de fallas y el control tolerante a fallas aplicado a unidades de generación eléctrica.

De izquierda a derecha atrás: Víctor Genaro Re López, Roberto Hernández González, Miguel Ángel Martínez Morales y Raúl Garduño Ramírez. De izquierda a derecha al frente: María Aurora Hernández Cuéllar, Indira Xochiquetzal Alcaide Godínez, Arnulfo Antelmo Rodrí-guez Martínez y Marino Sánchez Parra.

56

Boletín IIEabril-junio-2012Tendencia tecnológica

Sistemas para el cálculo de parámetros

eléctricos y eficiencia

energética para generadores

hidroeléctricos de gran

capacidad

Sistemas para el cálculo de parámetros eléctricos y eficiencia energética para generadores hidroeléctricos de gran capacidad

Oscar Alfonso Reyes Martínez1, Alberth Pascacio de los Santos1, Carlos Alberto Pérez Abad1 y Nicolás León Rivera2

generators such as those from La Yesca, so the Laboratorio de Pruebas a Equipos y Mate-riales (LAPEM) has invested in projects to improve this project in order to meet the needs of the Mexican electricity sector. This paper is a description of the systems developed for the calculation of electrical parameters and energy efficiency for this class of generators.

Introducción

El comportamiento del generador síncrono es muy importante para el sistema eléctrico de potencia, ya que aporta la energía eléctrica, estabilidad de frecuencia, regulación de tensión y eficiencia operativa requeridos para su adecuada operación. Debido a su impor-tancia, tiene una normativa asociada muy extensa que cubre requerimientos de capa-cidades y comportamiento, métodos de prueba, guías de aplicación y recomenda-ciones para su operación, entre otros.

Para garantizar la adecuada operación de un generador eléctrico, éste debe ser sometido a una serie de pruebas está-ticas y dinámicas antes de su puesta en servicio. En este sentido la CFE, a través de la especificación W4200-12 (CFE, 1999) establece las pruebas que deben ser realizadas, en fábrica y en campo, a un generador nuevo y a sus componentes principales (equipo auxiliar y sistemas de control). Normas como la IEEE Std. 115 (IEEE, 2002) y las IEC 60034 (IEC,

Abstract

In recent years, the Comisión Federal de Electricidad (CFE) has developed important hydroelectrical power projects

in Mexico. Most of them are located in the Santiago River Hydrological System in Nayarit, México. A total of 27 projects with a capacity of 4,300 MW are considered but only 32% of them have been carried out. One of the most ambitious projects that continue in process of construction is the Hydroelectrical Plant La Yesca. This project will conclude in late 2012 and consists of two electric generators of 375 MW, 17 kV. It will be second in power and the third in electrical generation at the system.

According to national and international standards, a set of static and dynamic tests must be performed in these generators before commissioning, to ensure their proper opera-tion. Winding stator high voltage endurance test, three phase sudden short circuit test and energy efficiency calculation are some of the most important tests to be performed in a new electrical generator. These tests are difficult to perform on-site due to the equipment capacity required, so very few companies in the world can conduct them.

In Mexico no one has the necessary infrastruc-ture for testing in high capacity hydroelectric

Para garantizar la adecuada opera-ción de un generador eléctrico, éste debe ser sometido a una serie de pruebas estáticas y dinámicas antes de su puesta en servicio.1 Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)

2 CFE-LAPEM

57

Tendencia tecnológicaSistemas para el cálculo de parámetros eléctricos

y eficiencia energética

2008 e IEC, 2007), establecen los requeri-mientos para llevar a cabo las pruebas de aceptación de un generador eléctrico.

Por lo general, las pruebas en fábrica son realizadas por el propio proveedor y se consideran como pruebas de rutina, por lo que su ejecución no representa mayor dificultad, sin embargo, las pruebas en campo son difíciles de realizar por los altos niveles de voltaje y/o corriente que se originan durante su ejecución. En este sentido, las pruebas de potencial aplicado y la de cortocircuito trifásico súbito son las más complicadas de realizar. En la primera de ellas se requiere contar con una fuente de voltaje capaz de proporcionar el voltaje de prueba de 2 Vn+1000, mientras que en el segundo caso, el equipo utilizado para la generación del cortocircuito debe soportar varias decenas de kilo amperes durante un periodo de 10 segundos. Por ello, en el mundo sólo algunas compañías cuentan con la infraestructura necesaria para llevar a cabo este tipo de pruebas.

Por otra parte, la eficiencia energética también constituye un parámetro difícil de calcular con precisión en campo, debido al tamaño que tiene un generador hidroeléctrico, por lo cual, se utilizan métodos alternos como el de retardación o el método calorimétrico. A mediados del año 2010, la International Electrotechnical Commission (IEC) publicó la norma IEC 60034-2-1 (IEC, 2010), en la cual esta-blece algunos criterios importantes para el cálculo de la eficiencia energética de un generador por el método calorimétrico, como es el número de mediciones y la distancia de las mismas para determinar la temperatura de la superficie de referencia. Anteriormente esto era definido por cada compañía con base en su experiencia.

Los sistemas desarrollados por la Gerencia de Equipos de Eléctricos y la Gerencia de Sistemas de Control e Instrumentación del IIE fueron diseñados para llevar a cabo las pruebas de aceptación de los generadores eléctricos de la Central Hidroeléctrica La Yesca, sin embargo, también pueden ser utilizados en generadores hidroeléctricos con una capacidad de 100 MW o mayor.

Los sistemas desarrollados por el IIE están constituidos por un sistema de adquisición y procesamiento de datos, un sistema óptico para transmisión de señales analógicas, sensores para medición de voltaje, corriente, temperatura, presión y el equipamiento necesario para las pruebas de cortocircuito. Todos estos elementos fueron diseñados en forma modular para facilitar su transportación. En total se desarrollaron dos sistemas que funcionan de manera independiente: Un sistema para el cálculo de parámetros eléctricos y un sistema para el cálculo de la eficiencia energética y sus características principales se describen en este documento.

Sistemaparaelcálculodeparámetroseléctricos

Los parámetros eléctricos de las máquinas síncronas son utilizados en el análisis y solución de una gran variedad de problemas de sistemas de potencia y para la verificación respecto al contrato de suministro. En estado estable es impor-tante conocer los valores de las reactancias síncronas de eje directo y de eje en cuadra-tura, para determinar el máximo valor de potencia reactiva (Q) que puede propor-cionar la máquina. Por otra parte, las reac-tancias transitorias y subtransitorias son utilizadas principalmente en estudios de estabilidad para conocer la respuesta de la

máquina ante condiciones transitorias que pudieran presentarse en el sistema eléc-trico al que se encuentran conectadas.

La determinación de las reactancias tran-sitorias y subtransitorias de la máquina es complicada, ya que se requiere realizar la prueba de cortocircuito trifásico súbito en terminales del generador. Esta prueba somete a la máquina a esfuerzos mecánicos y eléctricos severos, por lo que es necesario tomar en consideración algunas precau-ciones antes de llevarla a cabo. Asimismo, para su realización es necesario contar con el equipamiento adecuado para soportar los altos niveles de corriente que se producen. Existen métodos alternos como la prueba de rechazo de carga, pero se ha visto que esta prueba registra un nivel de error importante durante el cálculo de los pará-metros de eje en cuadratura de la máquina, por lo que rara vez es aplicada.

El sistema desarrollado por el IIE fue diseñado para soportar las corrientes de cortocircuito que se producirán durante la prueba de cortocircuito trifásico súbito de los generadores de la central hidroeléctrica La Yesca. Estos generadores tienen una capacidad de diseño de 375 MW a 17 kV, por lo que el nivel de corriente de corto-circuito a 0.4 Vn es del orden de 70 kApico asimétrico. El sistema está diseñado para soportar este nivel de corriente por un periodo máximo de 10 segundos y de acuerdo con los resultados de las pruebas realizadas, la sensibilidad del sistema es adecuada (error menor al 2%) para un rango de corriente de 10 kA a 100 kA.

Asimismo, el sistema es modular y cuenta con los siguientes componentes principales:• Sistema de adquisición y procesa-

miento de datos

58


Las pruebas anteriores son las que se encuentran establecidas en los programas de cálculo que forman parte del sistema, sin embargo, es posible realizar la mayoría de las pruebas alternas establecidas en la normatividad internacional, integrando los algoritmos para ello.

Sistemadeadquisicióndedatos

El sistema de adquisición de datos consta de dos componentes principales:• Sistema de adquisición de datos

mediante puerto USB con ocho canales (cuatro canales para señales de corriente y cuatro para señales de voltaje) con capacidad para ajuste de ganancia en forma individual.

• Computadora portátil con los siguientes programas:

– Cortocircuito, el cual se utiliza para la captura y visualización de las señales de voltaje, corriente y potencia del gene-rador durante las pruebas (figura 2a).

– Parametrización HG, programa utili-zado para el cálculo de los parámetros eléctricos del generador, obtenidos a partir de las pruebas de saturación en vacío, cortocircuito trifásico soste-

nido, cortocircuito bifásico, cortocir-cuito trifásico súbito y medición de corriente alterna monofásica y bifásica (figura 2b).

– Rechazo de Carga HG, programa utilizado para el cálculo de los pará-metros eléctricos del generador, obte-nidos a partir de la prueba de rechazo de carga con potencia activa y potencia reactiva (figura 2c).

• Enlaces ópticos• Interruptor y shunts coaxiales• Transformadores de potencial• Cuchilla cortacircuitos• Sensores de voltaje y corriente• Cables de conexión

En la figura 1 se muestra un diagrama esquemático con los componentes del sistema.

Mediante este sistema se pueden realizar las siguientes pruebas:1. Corto circuito trifásico sostenido2. Corto circuito bifásico desbalanceado

L-L 3. Corto circuito bifásico desbalanceado

L-L-N 4. Saturación en vacío 5. Saturación a factor de potencia cero 6. Apertura súbita de campo 7. Corto circuito trifásico súbito 8. Medición de corriente alterna

monofásica a rotor parado 9. Medición de corriente alterna trifásica

con rotor en deslizamiento 10. Rechazo de carga con potencia reac-

tiva (eje directo)11. Rechazo de carga con potencia activa

y reactiva (eje en cuadratura)

Figura1. Sistema para el cálculo de parámetros eléctricos en generadores hidroeléctricos.

Figura 2. Programas de cómputo a) Cortocircuito, b) Parametrización HG, c) Rechazo de Carga HG.

a)

c)

b)

59



Sistemaópticoparatransmisióndeseñalesanalógicas

Una cadena electroóptica o sistema óptico para la transmisión de señales analógicas es un sistema de medición para ambientes con interferencia electromagnética (IEM) altamente agresiva, basado en un enlace de transmisión por fibra óptica con compen-sación de error por un sistema basado en microprocesador. Los enlaces de fibra óptica son particularmente apropiados en esta clase de aplicaciones debido a su natu-raleza dieléctrica y a sus propiedades de inmunidad a la interferencia electromag-nética. El enlace analógico de fibra óptica del sistema de medición es básicamente un transceptor de fibra óptica compuesto por tres partes principales: El transmisor remoto, la unidad receptora y un enlace de comunicación por fibra óptica, como se muestra en la figura 3. El transmisor remoto localizado en el área de pruebas con alta IEM adquiere, ajusta y envía la señal analógica de entrada. La unidad receptora, localizada en el cuarto de control, remodela y filtra la señal transmitida y envía la señal analógica resultante a un digitalizador para su procesamiento. El enlace de comunica-ción consiste de dos canales de fibra óptica que proveen aislamiento eléctrico e inmu-nidad al alto voltaje.

El enlace analógico de fibra óptica fue diseñado para cumplir con una zona plana desde CD hasta 200 kHz de ancho de banda, con una deriva térmica de offset en CD de 5 mV/C y menos del 1% de varia-ción en la ganancia a través del enlace.

El transmisor remoto (figura 4) tiene un esquema de acondicionamiento que puede manejar señales desde 200 mV hasta

200 V en nueve rangos de atenuación seleccionables. En el transmisor remoto, la señal analógica de entrada es modu-lada en frecuencia y convertida en un rayo infrarrojo para viajar a través del canal de la fibra óptica. En el otro extremo del canal, el receptor (figura 5) se encarga de convertir la señal de luz en voltaje, lo amplifica, demodula y acondiciona para que pueda ser usada por el postprocesa-miento. La señal de salida está en el rango de 10 V (Velázquez, 2007).

Interruptoryshuntscoaxiales

Para poder llevar a cabo la prueba de cortocircuito trifásico sostenido se adquirió un interruptor en vacío de accionamiento magnético de 40 kA, 17.5 kV y 3,150 A de corriente nominal. Al interruptor se le acondicionó una alimentación de CA, un dispositivo de cierre a distancia y un juego de tres shunts coaxiales de 50 µW, 72 kJ. Este arreglo fue evaluado hasta su capa-cidad de diseño (70 kApico asimétricos) en el Laboratorio de Alta Corriente del LAPEM de la CFE (figura 6).

Figura3. Diagrama a bloques del enlace analógico de fibra óptica.

Figura5. Receptor de las cadenas elec-troópticas de 9 canales.

Figura 4. Transmisor remoto de la cadena electroóptica.

Figura6. Arreglo de interruptor y shunts coaxiales.

Transmisorremoto

Receptor

Entrada analógica

Salida analógica

Enlace de fibra óptica

Resultadosobtenidos

Se realizó la evaluación de todas las varia-bles del sistema, utilizando resultados de pruebas en laboratorio y de simula-ción. En todos los casos se registró una desviación máxima del orden de 2%. En la figura 7 se muestra un ejemplo de los resultados obtenidos.

Adicionalmente, para verificar la robustez del sistema, éste fue evaluado mediante la

60


aplicación de una corriente de 70 kApico asimétricos. Estas pruebas también se desarrollaron en el Laboratorio de Alta Corriente del LAPEM, obteniéndose resultados satisfactorios (figura 8).

Sistemaparaelcálculodeeficienciaenergética

Normalmente, los generadores hidroeléc-tricos son operados para satisfacer los requerimientos de energía eléctrica del

país durante las horas de mayor demanda, por lo que están sometidos a condiciones severas de operación. En muchos casos, las máquinas son operadas como conden-sadores síncronos aportando reactivos al sistema, con el fin de mantener esta-bles los niveles de voltaje en los nodos de interconexión del mismo. Con el tiempo y las condiciones de operación a que son sometidos estos generadores se produce el deterioro de sus componentes, por lo que, entre otras cosas, se incrementan las

pérdidas por calentamiento en el núcleo del estator por degradación del sistema aislante en los devanados del estator y rotor y por desgaste en sus rodamientos. Todos estos factores reducen la eficiencia de la máquina y su vida útil.

La eficiencia de una máquina es la relación que existe entre su potencia de salida y su potencia de entrada, bajo condiciones específicas de operación. En máquinas pequeñas, dichas potencias pueden ser

Figura7.Resultados de las pruebas realizadas al sistema para el cálculo de parámetros eléctricos a) banco de pruebas, b) ejemplo de las señales obtenidas con el programa Parametrización HG.

a) b)

a) b)

Figura8.Resultados de las pruebas de cortocircuito realizadas en el Laboratorio de Alta Corriente del LAPEM: a) Arreglo utilizado, b) Señales registradas a 70 kA.

61



medidas de manera directa con medidores de par mecánico y medidores de potencia eléctrica, sin embargo, en equipos más grandes donde la potencia mecánica no puede ser medida directamente se requiere de métodos de prueba distintos para obtener la llamada eficiencia convencional, basada en la cantidad de pérdidas que presenta la máquina.

En las normas internacionales se describen cuatro métodos principales para el cálculo de la eficiencia energética en máquinas rotatorias de gran capacidad:a) Método del motor impulsor separadob) Método de suministro de potencia

eléctricac) Método de retardaciónd) Método calorimétrico

En la práctica, el método calorimétrico cuenta con mayores ventajas de aplicación en generadores hidroeléctricos de gran capa-cidad, en comparación con los otros tres métodos, debido principalmente a que es un método de prueba no intrusivo (Kawada, 1972). Este método es usado en máquinas con enfriadores de agua, en los cuales el medio refrigerante circula a través de un sistema cerrado. Se basa en el hecho de que las pérdidas en el generador son iguales al calor disipado a través del agua, más el calor perdido por radiación y convección.

El sistema desarrollado por el IIE fue diseñado para realizar el cálculo de eficiencia energética en generadores hidroeléctricos con enfriamiento de agua, es modular y cuenta con los siguientes componentes principales:• Computadora portátil• Sensores portátiles para: – Medición de flujo de agua – Espesor de tuberías

– Velocidad del aire (termo-anemómetros) – Temperatura sin contacto (sensor láser de temperatura)

En la figura 9 se muestra un diagrama esquemático con los componentes del sistema.

Los programas de cómputo constituyen la parte esencial de estos sistemas, ya que a través de ellos se procesa la informa-ción obtenida de las pruebas realizadas en el generador. Mediante este sistema se pueden realizar las siguientes pruebas:1. Cálculo de la eficiencia energética por

el método calorimétrico para el caso de pérdidas globales (figura 10).

2. Cálculo de la eficiencia energética por el método calorimétrico para el caso de pérdidas segregadas (figura 11).

Los programas para el cálculo de la eficiencia se instalan en una computa-dora portátil que incluye los siguientes programas:• Eficiencia Energética HGPG, el cual se

utiliza para la captura de los valores de temperatura, flujo y aire de enfriamiento, disipados a través de los componentes del generador bajo condiciones de carga específicas. Este programa presenta las pérdidas globales de cada componente y la eficiencia del generador para cada condición de carga.

• Eficiencia Energética HGPS, el cual se utiliza para la captura de los valores de temperatura, flujo y aire de enfriamiento disipados a través de los componentes del generador bajo condiciones de operación y carga específicas. Este programa presenta las pérdidas segregadas de cada compo-nente y la eficiencia del generador para cada condición de carga.

Figura 9. Sistema para el cálculo de la eficiencia energética de generadores hidroeléctricos.

Figura 10. Programa de cómputo para el cálculo de pérdidas globales, Eficiencia Energética HGPG.

Figura 11. Programa de cómputo para el cálculo de pérdidas segregadas, Eficiencia Energética HGPS.

62


El programa para el cálculo de pérdidas globales despliega los siguientes valores:• Pérdidas disipadas por la tubería

principal• Pérdidas disipadas por la superficie de

referencia• Pérdidas disipadas por las chumaceras• Eficiencia para cada condición de

carga• Eficiencia media ponderada

Mediante el programa de cálculo de pérdidas segregadas, el usuario puede calcular en forma automática lo siguiente:• Pérdidas por fricción y ventilación• Pérdidas en el núcleo activo• Pérdidas en el estator y dispersas• Pérdidas adicionales• Tabla con el cálculo de las pérdidas

segregadas y eficiencia del generador para el 25, 50, 60, 70, 80, 90 y 100% de la carga del generador.

Los programas desarrollados tienen la opción de calcular las pérdidas disipadas a través de la tubería del sistema de enfria-miento de la máquina, por medio de medi-ciones realizadas con sensores portátiles. Este caso aplica principalmente en aquellas máquinas en donde la medición del flujo y temperatura del agua de enfriamiento no sea confiable o no estén instrumentadas.

Conclusiones

Las tecnologías actuales de transmisión de señales y adquisición de datos, así como los programas para procesamiento de señales, permiten desarrollar herramientas automatizadas altamente especializadas, que facilitan el trabajo de las pruebas eléc-tricas requeridas para el cálculo de pará-metros eléctricos y eficiencia energética de los generadores.

Los programas de cómputo desarrollados cuentan con versatilidad para su aplicación en máquinas instrumentadas y en aquéllas que no cuentan con los instrumentos de medi-ción requeridos. En este sentido, el sistema incluye una serie de sensores portátiles para medición de temperatura, flujo y velocidad de aire de enfriamiento, además de sensores para medición de voltajes y corrientes.

El uso de transmisores analógicos de fibra óptica impacta positivamente en la segu-ridad del personal y equipo de medición durante la realización de las pruebas. El personal puede estar a una distancia segura sin perder sensibilidad en la medición. Adicionalmente, estos sistemas reducen significativamente la posibilidad de interfe-rencia generada por la alta corriente que se produce durante las pruebas.

Referencias

Especificación CFE W4200-12, Generadores para Centrales Hidroeléctricas, CFE, 1999.

IEEE Std. 115-1995. IEEE Guide: Test Procedures for Synchronous Machines, Part I y II, Reaffirmed Sept-ember 2002.

IEC 60034-4, Rotating Electrical Machines-Part 4: Methods for determining synchronous machine quantities from tests, 2008.

IEC 60034-2-1, Standard methods for determining losses and efficiency from tests, 2007.

IEC 60034-2-2, Rotating electrical machines – Part 2-2: Specific methods for determining separate losses of large machines from tests, Supplement to IEC 60034-2-1, 2010.

Velázquez, J.C., Montero, J.C., Rodríguez J. H. y Garduño R. Improved analog optical fiber link for signal measuring in a High Power Testing Facility, International journal of mathematics and computers in simulation, Issue1, Vol. 1, 2007, p. 40-45.

Kawada, M.; Kira, S.; Fujita, H., Efficiency Tests at Site for Large Alternators by Calorimetric Method, Hitachi Review, vol. 21, núm. 9, 1972, p. 363-368.

OSCARALFONSOREYESMARTÍNEZ[[email protected]]Realizó sus estudios de Maestría en la Universidad Autónoma de Nuevo León en 2001. Ingeniero Industrial Eléctrico por el Instituto Tecnológico de Veracruz (ITV) en 1994, año en el que ingresó al IIE, donde es investigador en la Gerencia de Equipos Eléctricos. Se especializa en el diagnóstico de sistemas aislantes de máquinas eléctricas rotatorias de alta tensión, mediante la aplicación de pruebas en línea y fuera de línea. Sus áreas de investigación incluyen el estudio y análisis de los mecanismos de deterioro del sistema aislante de los generadores eléc-tricos y la definición de alternativas de rehabilitación.

ALBERTHPASCACIODELOSSANTOS[[email protected]]Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica por la SEPI-ESIME-IPN en 2003. Ingeniero en Electró-nica por el Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutié-rrez en 1997, año en el que realizó una estancia en Adiestramiento en Investigación Tecnológica (AIT) en el IIE, en la Gerencia de Equipos Eléctricos y en 1998 ingresó como investigador, especializándose en programación gráfica e instrumentación virtual. Desde hace 12 años ha participado en diversos proyectos de desarrollo de hardware y software para el diagnóstico en línea y fuera de línea de equipo eléc-trico de potencia.

CARLOSALBERTOPÉREZABAD[[email protected]]Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica con especialidad en Comunicaciones por el Instituto Poli-técnico Nacional (IPN) en 1993. En 1994 ingresó el IIE, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comu-nicaciones. Sus principales áreas de interés son las redes inalámbricas, tecnologías móviles y proto-colos de comunicaciones. Su línea de desarrollo es la de sistemas digitales de medición, control y comunicaciones.

De izquierda a derecha: Oscar Alfonso Reyes Martínez, Alberth Pascacio de los Santos y Carlos Alberto Pérez Abad.

63

Artículo técnicoCaracterización de los sistemas de control de voltaje y

velocidad de una máquina síncrona de alta potencia

Caracterizacióndelossistemas

decontroldevoltajeyvelocidaddeunamáquina

síncronadealtapotenciapara

pruebasdecortocircuito

Caracterización de los sistemas de control de voltaje y velocidad de una máquina síncrona de alta potencia para pruebas de corto circuito

Víctor Octavio Segura Ozuna1, Isaura Victoria Hernández Rodríguez1, Indira Xochiquetzal Alcaide Godínez1, Raúl Garduño Ramírez1,

Julio César Montero Cervantes1, Genaro Ruiz Rodríguez2 y Ricardo Martínez Torres2

El Generador de Corto Circuito es una máquina síncrona de alta potencia, cuyo uso primario en laboratorio es proporcionar la energía requerida en las pruebas de corto circuito.

Abstract

This paper introduces a characteriza-tion of the behavior of the speed and voltage control systems of a special

purpose synchronous machine (GCC) based on measuring and monitoring physical signals, and recording of the sampled waveforms. Basi-cally, the GCC supplies the energy to perform high-power short-circuit tests to certify elec-trical equipments and components, as required by the Comisión Federal de Electricidad (CFE) in Mexico. The GCC operates alternately as motor and generator. With the GCC operating as motor, speed control during startup, accele-ration, re-acceleration and braking is carried out by a static frequency converter (SFC). Complementarily, the voltage controller mani-pulates excitation power to control terminal voltage when the GCC operates as generator and regulates excitation current when the GCC operates as motor. Compared to conventional voltage regulation systems, which must go off in case of short-circuit, the GCC voltage regulator must keep controlling field excitation to main-tain the required line current and terminal voltage during short-circuit tests. Monito-ring of physical signals was carried out with a portable data acquisition system based on SCXI and PXI digital platforms. A total of 78 signals were monitored with a 6 kHz sampling rate that was enough to obtain detailed signal

waveforms. Data captured was processed and plotted for analysis. The signal graphs show the current real behavior of both, the voltage control system and the speed control system, and constitute a precise characterization of their behavior.

Introducción

El Laboratorio de Pruebas de Equipos y Materiales (LAPEM) de la Comi-sión Federal de Electricidad (CFE) está formado por un conjunto de laboratorios que brindan servicios de pruebas eléc-tricas, metalúrgicas, químicas y mecánicas a fabricantes y proveedores nacionales y extranjeros, para el control de calidad de los equipos y materiales que suministran a la CFE.

En particular, el Laboratorio de Alta Potencia realiza pruebas a equipos en el rango de 2.8 kV a 38 kV (media tensión), con una corriente de hasta 86 kA. Con estos rangos pueden evaluarse las carac-terísticas eléctricas, mecánicas y térmicas de los equipos eléctricos instalados en las redes eléctricas de transmisión y distribu-ción, y en los circuitos de fuerza de las plantas de generación.

El componente principal del Labora-torio de Alta Potencia es el Generador de Corto Circuito (GCC), el cual es una máquina síncrona de alta potencia cuyo uso primario consiste en proporcionar

1 Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) 2 CFE-LAPEM

64

Boletín IIEabril-junio-2012Artículo técnico

la energía requerida en las pruebas de corto circuito (figura 1). El GCC es una máquina de servicio intermitente de 2,120 MVA con tensión nominal de 14.4 kV y tensión máxima de 16.8 kV, con lo cual puede inyectarse una corriente de corto circuito al objeto bajo prueba (OBP) de hasta 86 kA a 60 Hz (Garduño, 2007).

El GCC es una máquina síncrona de operación dual como motor o gene-

Figura1. Máquina síncrona trifásica de 2,120 MVA para pruebas de corto circuito.

Figura2. Secuencia genérica de prueba.

Paso Descripción

1 El GCC es puesto en marcha y es acelerado a la velocidad de régimen por el convertidor de frecuencia. La excitación se mantiene en 360 A.

2 El GCC opera en vacío para desconectar el convertidor de frecuencia.3 Con el convertidor fuera se levanta la tensión y la máquina gira por inercia.4 La prueba de cortocircuito se lleva a cabo forzando la excitación.5 Al término de la prueba, la tensión vuelve a su valor máximo.6 Se reduce la tensión y se reconecta el convertidor de frecuencia para llevar al

GCC a la velocidad de régimen.

Tabla1. Secuencia de operación del GCC.

rador. El arranque del GCC se hace como motor síncrono, acelerando hasta la velo-cidad nominal mediante el convertidor de frecuencia. Para las pruebas, el GCC opera como generador, convirtiendo la energía cinética del rotor en energía eléctrica. Después de una prueba, el GCC es acele-rado de nuevo, como motor, a la velo-cidad nominal. Al término de las pruebas, el GCC es frenado eléctricamente por el convertidor, devolviendo energía eléctrica a la red. La figura 2 muestra una secuencia

genérica de prueba en seis pasos que se describen en la tabla 1. Los valores de las referencias de frecuencia, corriente de forzamiento y voltaje del generador, así como las fases de prueba se definen con el sistema de gestión AUTOLAPEM.

LaboratoriodeAltaPotencia

El Laboratorio de Alta Potencia del LAPEM consta de ocho secciones prin-cipales, las cuales se muestran en el diagrama unifilar de la figura 3.

Sección del generador (GEN). Esta sección corresponde al GCC encargado de proporcionar la potencia requerida para las pruebas de cortocircuito. Consta principalmente del generador de corto circuito e incluye el sistema de excitación con el sistema de control de voltaje y el convertidor estático de frecuencia con el sistema de control de velocidad, así como las protecciones correspondientes.

Seccióndelprimariodeltransformadorde cortocircuito (PTCC). En esta sección se transfiere la potencia generada

65



hacia el circuito de prueba. Gran parte de la seguridad de la instalación se concentra en esta sección. Parte del laboratorio se encuentran el Interruptor de Máquina (IM), el Dispositivo de Cierre Sincronizado (DSC), los Seccionadores de Línea (SL) y los Seccionadores de Puesta a Tierra (ST).

Sección del secundario del transfor-mador de cortocircuito (STCC). Está formada por el secundario del trans-formador y es donde se obtienen las tensiones que serán aplicadas a los equipos y componentes durante las pruebas.

Sección de reactores limitadores (RL). Cuenta con un banco de reactores que tienen la funcion de limitar la corriente a los valores requeridos en las pruebas de corto circuito. Los reactores se conectan en paralelo entre sí y en serie con el circuito de prueba, para obtener diferentes valores de reactancia que van entre 30 mΩ y 122.8 mΩ, con corriente entre 0 kA y 86 kA.

Sección de regulación de la tensióntransitoriade restablecimiento(TTR). En esta sección se tienen resistencias (R) y capacitancias (C) de valores que siguen una serie geométrica de base 2, con lo que se regula de manera precisa la forma de

onda del voltaje, conforme a la normati-vidad de pruebas vigente.

Sección de celdas de prueba. En esta sección se conecta el equipo o componente que será probado, denominado Objeto Bajo Prueba (OBP). Las conexiones se realizan manualmente durante el montaje y la preparación del circuito de prueba. En esta parte se tiene la potencia necesaria (tensión, corriente, factor de potencia, asimetría y TTR) para la prueba y se cuenta con dos seccionadores tripolares motori-zados, para poner a tierra los circuitos de alimentación y de carga.

Seccióndecargas(RLC). Se tienen dos grupos de cargas: Resistivas-Reactivas (RL) y Resistivas-Capacitivas (RC). Los grupos se conectan al circuito de prueba en diversos arreglos, para obtener las condi-ciones de carga y compensar las fases del circuito de prueba. Los seccionadores se configuran para cada prueba en particular.

Seccióndelcuartodecontrol. El cuarto de control es el área del laboratorio donde se controlan los procesos involucrados en las pruebas. Esta área concentra los equipos de operación del sistema de gestión de pruebas AUTOLAPEM para controlar las pruebas y tener acceso al estado que guarda la instalación.

Sistemadeexcitaciónysistemadecontroldevoltaje

El sistema de excitación alimenta energía eléctrica de CD al devanado de campo del rotor (figura 4). Toma energía trifásica de CA de la red eléctrica y la convierte en energía eléctrica de CD, mediante un recti-ficador de estado sólido (SRE). El SRE es un arreglo de cuatro puentes rectificadores trifásicos de conmutación controlada de seis pulsos. El SRE puede ser alimen-tado por tres valores diferentes de voltaje, dependiendo del modo de operación del GCC: Uno como motor y dos como gene-rador para pruebas bifásicas o trifásicas. La selección de este voltaje se hace con los contactores E-K1, E-K2 y E-K3. Cuando el GCC opera como motor, el sistema de excitación alimenta al devanado del rotor con 20 VCD y 350 ACD. Por otra parte, cuando el GCC opera como generador, el sistema de excitación puede alimentar el devanado del rotor con voltajes de hasta 1,350 VCD y corrientes de hasta 19,500 ACD dependiendo de los requeri-mientos de la prueba de corto circuito.

La conmutación de los tiristores es contro-lada por el sistema de regulación de voltaje mediante tres lazos de control. La figura 5 presenta el esquema de control del sistema de regulación de voltaje. El lazo de control principal es un lazo de control de voltaje de terminales, los otros dos son lazos de control de corriente que operan depen-diendo del modo de operación del GCC, como motor o generador, y adicionan una compensación a la señal de control de voltaje del lazo principal. El primer lazo de control de corriente opera durante el arranque, aceleración y paro del GCC. El segundo lazo opera durante las pruebas

Figura 3. Configuración del Laboratorio de Alta Potencia para pruebas de corto circuito.

66


de corto circuito y tiene la función de mantener el voltaje y la corriente de campo en los valores de prueba reque-ridos. La señal de control resultante se envía a un generador de pulsos que proporciona seis pulsos que son ampli-ficados y enviados a las compuertas de los tiristores de potencia del rectificador (Hernández, 2011).

Figura6. Diagrama funcional del convertidor estático de frecuencia.

Figura5. Esquema de control del sistema de regulación de voltaje.

Figura4. Sistema de excitación del GCC.

Convertidorestáticodefrecuenciaysistemadecontroldevelocidad

El Convertidor Estático de Frecuencia (SFC) se emplea para arrancar y llevar al GCC, desde el reposo hasta la velocidad de régimen, para reacelerarlo antes y después de la prueba de corto circuito y

para frenarlo eléctricamente, devolviendo energía a la red durante el paro del GCC. El SFC toma de la red energía eléctrica alterna de frecuencia constante (60 Hz) y la convierte en energía eléctrica de CA de magnitud y frecuencia variables, para alimentar los devanados del estator del GCC. Esta energía produce un campo electromagnético giratorio en el estator, el cual produce el movimiento del rotor. La figura 6 muestra el digrama funcional del convertidor estático de frecuencia.

El SFC está compuesto por dos converti-dores, uno actúa como rectificador (SRN) y el otro actúa como inversor (SRM), conectados entre sí por medio de un bus de CD compuesto por una reactancia L, tal como se muestra en la figura 6. En ambos convertidores, la conmutación de los tiristores es totalmente controlada. El convertidor SRN está conectado a la línea trifásica del sistema y es conmutado, tomando como referencia el voltaje del sistema, en cambio, el convertidor SRM está conectado a la máquina síncrona y es conmutado tomando como referencia su propio voltaje. En estos convertidores, los voltajes de frecuencia de línea están presentes en el lado de CA y el instante en el cual un tiristor empieza o deja de conducir, depende de las formas de onda de los voltajes de línea de CA y las señales de control a los tiristores.

Cuando la máquina acelera, el puente SRN opera como rectificador y establece la corriente Id en el bus de CD. Del lado de la máquina, el puente SRM operará como inversor. Cuando la máquina frena, ambos convertidores invierten sus funciones. Esto se logra cambiando el ángulo de fase (αSRM) del convertidor SRM para que actúe como rectificador, por lo

67



cual, en el circuito intermedio los voltajes UdSRN y UdSRM cambian sus signos. Así, la energía cinética de la máquina síncrona puede convertirse en energía eléctrica y regresar a la red. La reactancia L del bus de CD limita las corrientes armónicas y la razón de rizo de la corriente Id (Segura, 2011).

La figura 7 presenta el esquema de control del sistema de regulación de velo-cidad, que es el que se encarga de llevar la máquina síncrona desde el estado de reposo a 0 rpm (0 Hz), hasta una velo-cidad de 3,840 rpm (64 Hz) y desacelerarla hasta una velocidad de 120 rpm (2 Hz). El convertidor SRN recibe los pulsos de conmutación de un controlador con un esquema de control en cascada. El control de velocidad es el lazo externo y el control de corriente es el lazo interno. Los pulsos de conmutación del convertidor SRM son generados por un esquema de control lógico.

Caracterizacióndelaoperacióndelsistemadecontroldevoltaje

Para caracterizar la operación del sistema de control de voltaje se requirió del monitoreo simultáneo de 39 señales eléc-tricas, las cuales describen la operación y la interacción entre el AVR y el GCC (Hernández, 2011, b). El monitoreo se efectuó con sistemas de adquisición de datos portátiles, basados en plataformas PXI y SCXI, con una frecuencia de mues-treo de 6 kHz, lo cual permitió capturar la forma de onda de todas las señales moni-toreadas con buena calidad. Posterior-mente, los datos adquiridos fueron proce-sados, filtrados y finalmente graficados, tomando como referencia la señal de velo-cidad del GCC. Algunas de estas señales se describen a continuación.

La figura 8a muestra la referencia de voltaje y el voltaje en terminales durante

el arranque del GCC. Se observa que al inicio del arranque, la referencia de voltaje sube en escalón, mientras que el voltaje en terminales comienza a incrementarse cuando la velocidad comienza a subir y llega a estado estable después de los 350 segundos que dura el arranque.

La figura 8b muestra la referencia de corriente y corriente de campo durante el arranque del GCC. En la figura se aprecia que al inicio del arranque, la referencia sube en escalón y unos instantes después lo hace la corriente de campo, permane-ciendo en un valor estable durante todo el arranque, esto representa los 350 A que se requieren en el devanado de campo.

La figura 8c muestra el voltaje de campo del rotor y la señal de control que llega al generador de pulsos durante el arranque del GCC. Se observa que al inicio del arranque, tanto el voltaje de campo como la señal de control, presentan un pico y oscilan por aproximadamente 50 segundos. Luego se mantiene estable durante casi todo el arranque, presentando una pequeña variación cuando la velo-cidad llega al valor nominal.

La figura 8d muestra la referencia de voltaje y el voltaje en terminales durante una prueba de corto circuito. Se observa que cuando la velocidad comienza a subir, el voltaje en terminales baja, debido a que al GCC se le exige mayor velocidad, pero su referencia permanece constante. Una vez que la velocidad llega al valor reque-rido se cambia la referencia de voltaje, para que el voltaje en terminales llegue al valor requerido para la prueba. Cuando la prueba termina, el voltaje en terminales y su referencia regresan a su valor estable antes de la misma.Figura7. Esquema de control del sistema de regulación de velocidad.

68


La figura 9a muestra la referencia de corriente de forzamiento y corriente de campo durante una prueba de corto circuito. Se aprecia cómo la referencia de corriente se incrementa durante el periodo en el que el GCC opera como generador, después de que se desconecta el SFC y vuelve a su valor cuando la prueba termina.

La figura 9b muestra el voltaje de campo del rotor y la señal de control que llega al generador de pulsos durante una prueba de corto circuito. En esta figura se hizo un escalamiento del voltaje de campo, para poder comparar con la señal de control. Se aprecia un pico en el voltaje de campo, que corresponde al instante de la prueba.

La figura 9c muestra un acercamiento del voltaje de campo y la señal de control en el periodo de la prueba de corto circuito y se puede observar que dura alrededor de medio segundo. Para efectos de grafi-cación se atenuó la señal de voltaje de campo con un factor de 1/20.

En la figura 9d se muestra el detalle de una señal de salida del generador de pulsos y el acondicionamiento de esa misma señal para amplificarla y darle la forma de onda que requieren las compuertas de los tiristores.

Caracterizacióndelaoperacióndelsistemadecontroldevelocidad

De forma similar se efectuó la caracteriza-ción del SFC (Segura, 2011, b). También se monitorearon 39 señales eléctricas, las cuales describen de forma general la operación y la interacción entre el SFC y el GCC, obteniéndose las siguientes gráficas:

Figura8. a) Referencia de voltaje y voltaje en terminales del GCC, b) Referencia de corriente y corriente de campo del GCC, c) Voltaje de campo del GCC y señal de control y d) Referencia de voltaje y voltaje en terminales del GCC.

a) b)

c) d)

Figura 9. a) Referencia de corriente de forzamiento y corriente de campo, b) Voltaje de campo del GCC y señal de control durante una prueba de corto circuito, c) Detalle de voltaje de campo del GCC y señal de control y d) Detalle de un pulso y un pulso amplificado.

a) b)

c) d)

69



La figura 10a muestra el comportamiento de la velocidad de giro del rotor del GCC durante el arranque. Desde el inicio, la refe-rencia de velocidad se establece en un valor de 6.25 V, que equivale a una velocidad de 3,000 rpm (50 Hz) y permanece cons-tante en este valor durante toda la fase de arranque. El comportamiento de la velo-cidad se puede dividir en las siguientes tres etapas: a) Reposo (0-50 s). En esta etapa la medición de velocidad es de 0 V, que equi-vale a 0 rpm (0 Hz), b) Aceleración (50-338 s). La medición de velocidad se incrementa de 0 a 6.25 V, que equivale a un incremento de velocidad de 0 a 3000 rpm (0-50 Hz), y c) Estado estable (338-450 s). En esta etapa, la velocidad medida permanece constante e igual al valor de referencia.

La figura 10b muestra los voltajes entre fases suministrados por el SFC a las termi-nales de la máquina síncrona durante

el arranque. Durante la aceleración se observa cómo la magnitud del voltaje en terminales se incrementa de manera proporcional a velocidad real (frecuencia) de la máquina. De la misma manera se observa que en estado estable a velo-cidad nominal, tanto la velocidad como la alimentación de voltaje en terminales permanecen constantes.

La figura 10c presenta el comportamiento de las corrientes de fase en las termi-nales de la máquina síncrona. Durante la aceleración del rotor, las corrientes de fase presentan un comportamiento rela-cionado con las pendientes que mostró la velocidad en la figura 10a. Se observa cómo durante la primera pendiente, la cual es la más pronunciada, se requiere de una corriente mayor en terminales, la cual disminuye al entrar en opera-ción la segunda pendiente que es menos

pronunciada y se va incrementando de forma gradual conforme aumenta la velo-cidad hasta un valor límite. Finalmente, en estado estable las corrientes de línea disminuyen y permanecen constantes en un valor determinado.

La figura 10d muestra el comporta-miento de los trenes de pulsos de control requeridos para disparar los tiristores del convertidor SRN. Estas secuencias de pulsos son las que permiten generar los voltajes y corrientes de alimentación a la máquina síncrona durante su operación como motor. También se observa que los pulsos se presentan en pares, haciendo conducir a dos tiristores a la vez del puente de rectificación trifásico formado por seis tiristores. La conmutación de los tiristores del convertidor SRM se lleva a cabo con trenes de pulsos de control equivalentes.

Figura10.a) Velocidad de giro del rotor del GCC durante el arranque, b) Comportamiento del voltaje en terminales de la máquina síncrona, c) Comportamiento de las corrientes de fase en terminales de la máquina síncrona, d) Trenes de pulsos de control del conver-tidor SRN y e) Acondicionamiento de los pulsos de control.

a) b) c)

d) e)

70


Por último, la figura 10e muestra el acon-dicionamiento final de uno de los pulsos de control. Este acondicionamiento es necesario para darle la amplitud y la forma requerida para hacer conducir a los tiris-tores de los convertidores.

Conclusiones

En este artículo se presentó el monitoreo de las señales principales del sistema de control de voltaje y del sistema de control de velocidad del GCC del LAPEM. En el monitoreo se adquirieron datos de 78 señales eléctricas durante todas las etapas de operación del GCC: Arranque, prueba, reaceleración y paro.

El monitoreo de las señales eléctricas se realizó de forma simultánea, utilizando una frecuencia de muestreo de 6,000 Hz, lo cual permitió capturar con buena calidad la forma de onda de todas las señales moni-toreadas. Esta frecuencia de muestreo se seleccionó con base en un compromiso entre la precisión, exactitud de los datos y tamaño de los archivos a monitorear,

sin embargo, el tamaño de los archivos requirió un tiempo significativo de proce-samiento y graficación, y además requirió una capacidad de cómputo muy alta. El sistema de adquisición de datos utilizado está basado en plataformas PXI y SCXI.

El procesamiento de los datos adquiridos consistió, en primer lugar, en la adecuación del formato de los datos requerido para ser manipulados con el software Matlab®, en segundo lugar se realizó el filtrado de algunos de estos datos con la finalidad de eliminar algunos componentes de ruido o interferencia electromagnética y por último se graficaron las señales.

Finalmente se presentó una serie de gráficas que constituyen una muestra de la caracterización de la operación del gene-rador de corto circuito, del sistema de control de voltaje y del sistema de control de velocidad.

La operación segura y eficiente del GCC se logra mediante la acción coordinada de los sistemas de medición, protección, excitación,

arranque, lubricación y enfriamiento, los cuales fueron instalados y se encuentran en operación desde 1985. El envejecimiento natural de los componentes y la escasez de partes de repuesto incrementan día con día la ocurrencia de fallas, así como el costo y los periodos de mantenimiento. A la fecha resulta necesario modernizar los sistemas mencionados, para recuperar la disponi-bilidad y confiabilidad del GCC, lo cual se traducirá directamente en un incremento de la rentabilidad del Laboratorio de Alta Potencia. La caracterización presentada en este artículo puede ser utilizada para diseñar y validar nuevos sistemas de control de voltaje y de velocidad para un GCC.

Referencias

Garduño R. R. Especificación general para la moderniza-ción del sistema de medición, protección y control del gene-rador de corto circuito del LAPEM. Informe técnico: IIE/21/13106/I001/F/C/Rev. 2.0, Mayo, 2007.

Hernández R. I. V., Segura O. V. O., Garduño R. R., Montero C. J. C. yRuiz R. G., Operación del sistema de regulación de voltaje de una máquina síncrona para pruebas de corto circuito, IX Congreso Internacional sobre Investigación y Desarrollo Tecnológico, Cuer-navaca, México,. Noviembre 23-25, 2011, a.

Segura O. V. O., Hernández R. I. V., Garduño R. R., Montero C. J. C. y Ruiz R. G., Operación del conver-tidor estático de frecuencia de una máquina síncrona de propósito especial para pruebas de corto circuito de alta potencia. IX Congreso Internacional sobre Investiga-ción y Desarrollo Tecnológico, Cuernavaca, México, Noviembre 23-25, 2011, a.

Hernández R. I.V., Segura O. V. O., Alcaide G. I. X., Garduño R. R., Montero C. J. C. y Ruiz R. G. Moni-toreo de señales eléctricas del sistema de regulación de voltaje de una máquina síncrona de propósito especial, 23 IEEE-México Reunión de Verano de Potencia y Aplicaciones Industriales, Acapulco, México, Julio 11-17, 2011, b.

Segura O. V. O., Hernández R. I.V., Alcaide G. I. X., Garduño R. R., Montero C. J. C. y Ruíz R. G., Moni-toreo de señales eléctricas de la operación de un convertidor estático de frecuencia de una máquina síncrona de propó-sito especial. 23 IEEE-México Reunión de Verano de Potencia y Aplicaciones Industriales, Acapulco, México, Julio 11-17, 2011, b.

71



VÍCTOROCTAVIOSEGURAOZUNA[[email protected]]Maestría en Ingeniería Electrónica por el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) en 2004. Ingeniero en Electrónica por el Instituto Tecnológico de Orizaba (ITO) en 1997, año en el que ingresó al Instituto de Investigaciones Eléctricas, a la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones, donde actualmente se desempeña como investigador. Ha participado en la especifica-ción de paquetes de licitación para la modernización de plantas de proceso de PEMEX, y elaboración de modelos electrónicos tridimensionales de plata-formas petroleras. Actualmente su interés se centra en la modernización de sistemas de control y conver-tidores electrónicos de potencia.

ISAURAVICTORIAHERNÁNDEZRODRÍGUEZ[[email protected]]Maestra en Ciencias en Ingeniería Electrónica, con especialidad en el área de Control Automático por el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico en 2008. Ingeniera Eléctrica por el Insti-tuto Tecnológico de Durango en 2006. Desde 2004 colabora en el Instituto de Investigaciones Eléctricas trabajando en el modelado y control de generadores síncronos. Entre sus principales áreas de interés se encuentran el modelado matemático de máquinas eléctricas y el desarrollo de sistemas de control inteligente.

RAÚLGARDUÑORAMÍREZ[[email protected]]Doctor en Filosofía por la Pennsylvania State Univer-sity en el año 2000. Maestro en Ciencias por el CINVESTAV-IPN en 1987. Ingeniero Electricista por la ESIME-IPN en 1985. En 1986 trabajó en el Laboratorio Nacional de Ingeniería Mecánica de Japón. Desde 1987 trabaja en el Instituto de Inves-tigaciones Eléctricas, en la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones, en el desarrollo de sistemas de control para centrales eléctricas. Sus áreas de investigación incluyen sistemas de control inteligente, optimización dinámica multiobjetivo y control de turbogeneradores. Ha publicado dos libros, cinco capítulos de libros y más de ochenta artículos técnicos. Es autor del libro: Fossil-Fuel Power Plant Control: An Intelligent Hybrid Approach. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Sistema Estatal de Investigadores (SEI) en Morelos y Senior Member del IEEE.

JULIOCÉSARMONTEROCERVANTES[[email protected]]Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica por el CENIDET en 1994. Ingeniero Industrial en Electró-nica por el Instituto Tecnológico de Piedras Negras, en Coahuila, en1988. Desde 1992 es investigador en la Gerencia de Control, Electrónica y Comunica-ciones del IIE. Sus áreas de desarrollo son las comu-nicaciones digitales y analógicas vía fibras ópticas y sistemas automatizados en general. Ha dirigido proyectos que incluyen redes de fibra óptica, tele-medición, intercomunicación, CCTV, instrumenta-ción y control para la CFE y PEMEX. Actualmente coordina la modernización de los sistemas princi-pales y auxiliares del generador de corto circuito del LAPEM de la CFE.

INDIRAXOCHIQUETZALALCAIDEGODÍNEZ[[email protected]]Ingeniera Eléctrica egresada de la Universidad Autó-noma del Estado de Morelos (UAEM) en 2009. Ha colaborado en la adquisición y monitoreo remoto de un aerogenerador de 850 kW en Juchitán, Oaxaca. Ha participado en la publicación de seis artículos en congresos nacionales e internacionales y tiene un registro de Derechos de Autor: Evaluador de sistemas de control de turbogeneradores de combus-tión. Actualmente participa en el grupo de desarrollo del sistema de control de la Máquina Eólica Mexi-cana (MEM).

72

Boletín IIEabril-junio-2012Comunidad IIE

IIE: Premio Nacional de Tecnología e Innovación, XII edición

El 13 de enero de 2012 se entregó el Premio Nacional de Tecnología e Inno-vación, en su décimo segunda edición, en la Secretaría de Economía, de manos del Secretario de dicha entidad, Bruno Ferrari García de Alba.

El Premio Nacional de Tecnología e Innovación es el máximo reconocimiento que otorga México a las organizaciones que se han convertido en un modelo a seguir. Enrique Villa, Director General del CONACYT, afirmó en su discurso inaugural: “Pieza fundamental para la innovación son las capacidades cientí-ficas y tecnológicas, y la disponibilidad de recursos humanos de alto nivel son la base indispensable para ello”.

El Secretario de Economía, Bruno Ferrari, en representación del Presidente de la República Felipe Calderón Hinojosa,

afirmó en su mensaje que “la investiga-ción, la tecnología y la innovación son las mejores herramientas para competir, brindar soluciones, crecer de manera sostenida y poner en alto el nombre de México”. Las empresas y organizaciones ganadoras de este galardón fueron :

• Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)• Investigación y Desarrollo en Equipo Mé-

dico, S. A. de C. V.• Médica D• Investigación Aplicada, S. A. de C. V.• Testing House de México• Greencorp Biorganics de México

La entrega del Premio Nacional de Tecno-logía e Innovación representa para el IIE un reconocimiento a 36 años de investi-gación aplicada, desarrollo tecnológico e innovación, en los sectores energético y eléctrico.

El 13 de marzo de 2012 se firmó en la Secretaría de Economía de Acapulco, Guerrero, México, el contrato de transfe-rencia de tecnología y asistencia técnica de la tecnología de canal parabólico en la República Mexicana desarrollado por el Instituto de Investigaciones Eléctricas, consistente en dispositivo electrónico de Seguimiento Solar Automático (SISSA) y un canal parabólico (concentrador solar), ambos con patente en trámite.

Este sistema de concentración solar se licenció a la empresa mexicana Sistemas

El IIE transfiere canal parabólico

de Energía Alternativa (SEA). En el acto estuvieron presentes por parte del IIE, Julián Adame Miranda, Director Ejecu-tivo, así como Jorge M. Huacuz Villamar y Carlos Ramos Berumen, Gerente y Jefe de Proyecto del área termosolar de la Gerencia de Energías No Conven-cionales. Por parte de SEA estuvieron presentes José Eduardo Prado Romano y Javier Valdez Pacheco, socio fundador y Director General respectivamente, así como el Delegado Federal en Guerrero de la Secretaría de Economía, Bernardo Limón.

El recurso solar es un combustible abun-dante que puede suministrar a la industria energía sin impacto ambiental, potenciar el desarrollo sustentable y disminuir la factu-ración en el costo de combustibles fósiles. El canal parabólico y su dispositivo de seguimiento automático permiten contar con un sistema termosolar aplicable para la generación de calor en aplicaciones industriales que requieren energía térmica.

73

Comunidad IIEabril-junio-2012

Boletín IIE

México y Estados Unidos establecieron un convenio de cooperación en el campo de las energías renovables, con énfasis en la energía eólica, cuyo propósito es impulsar los esfuerzos hacia el objetivo de desarrollar la energía eólica en nuestro país y contri-buir a un futuro de energía limpia aquí y en el hemisferio occidental. Para tal efecto, el gobierno de Estados Unidos designó al Laboratorio Nacional de Energía Reno-vable (NREL por sus siglas en inglés) para la implementación de este plan, mientras que de parte del gobierno mexicano se nombró al Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Del 16 al 19 de enero de 2012 se llevó a cabo el “Taller sobre métodos de mapeo y generación de series de datos de viento” en las instalaciones del IIE, coordinado por Ricardo Saldaña Flores, investigador de la Gerencia de Energías No Conven-cionales del Instituto.

Métodos de mapeo y generación de series de

datos de viento

En este evento participaron investigadores del NREL, representantes científicos de las 3TIER y AWS Truepower, represen-tantes académicos de las instituciones que conforman la Red de Instituciones del Laboratorio Nacional de Evaluación de los Recursos Renovables en México (RILERM), así como Universidades, Insti-tutos Tecnológicos, la Central Nucleoeléc-trica de Laguna Verde de la CFE e investi-gadores del IIE.

Además se llevó a cabo una reunión entre los miembros de la RILERM, para tratar asuntos relacionados con la red de estaciones anemométricas del Labo-ratorio Nacional para la Evaluación de los Recursos Energéticos Renovables en México (LERM) y sus futuras acciones para la evaluación del potencial energético en el territorio nacional.

El Instituto de Investigaciones Eléctricas recibió evaluación con grado de excelente sobre liderazgo tecnológico de la Central Nucleoeléctrica de Laguna Verde (CNLV), por el proyecto: “Análisis de la integridad mecánica del secador de vapor en condi-ciones EPU (Extended Power Uprate)”, de la unidad número 2. El análisis consistió en determinar el comportamiento estruc-tural bajo la excitación dinámica de varia-ciones en la presión a la que está sujeto el secador de vapor del reactor, en sus nuevas condiciones de operación debido a la repotenciación de la unidad.

Los resultados obtenidos van encami-nados a la obtención de la certificación que otorga la Comisión Nacional de Segu-ridad Nuclear y Salvaguardas, cumpliendo con los requerimientos estipulados.

En la evaluación sobre liderazgo tecnoló-gico, la CNLV consideró que en el estudio se utilizó tecnología de punta y que los especialistas participantes, así como la

Recibe IIE excelente evaluación sobre liderazgo

tecnológico

solución proporcionada, son superiores a las que ofrecen otras empresas en el mercado internacional.

El equipo de trabajo estuvo integrado por Mayra Zezatti Flores, Erik Rosado Tamariz, Dionisio Suárez Cerda y Antonio Carnero Parra, investigadores de las Gerencias de Turbomaquinaria y de Gestión Integral de Procesos del IIE.

74

Boletín IIEabril-junio-2012Comunidad IIE

El Instituto de Investigaciones Eléctricas participó en el XXIV Congreso ADIAT 2012 en Monterrey, Nuevo León, del 21 al 23 de marzo de 2012, el cual fue orga-nizado por la Asociación Mexicana de Directivos de la Investigación Aplicada y el Desarrollo Tecnológico (ADIAT). En esta ocasión, el tema del evento versó sobre la sociedad y economía del conocimiento.

El IIE participó en la exposición tecno-lógica promocionando sus productos y servicios tecnológicos especializados, y mantuvo reuniones con clientes poten-ciales del sector público y privado, lo que permitió establecer futuros vínculos de colaboración tecnológica en distintas especialidades. Durante el evento, el ADIAT rindió un homenaje y entregó un reconocimiento al IIE por haber obtenido el Premio Nacional de Tecnología e Inno-vación en su XII edición, así como por sus

El IIE participa en el XXIV Congreso ADIAT 2012

36 años de contribuciones a la investiga-ción aplicada, al desarrollo tecnológico y a la innovación en el sector energético de México y otros países.

Julián Adame Miranda, Director Ejecutivo del Instituto, recibió el premio a nombre del personal del IIE y resaltó la creación de las nuevas instalaciones del Campus Monterrey, en el Parque de Investiga-ción e Innovación Tecnológica (PIIT), las cuales pretenden ser un complemento en I+DT+i para sus aliados tecnológicos y para impulsar nuevas alianzas estratégicas con las empresas instaladas al interior de la región norte del país y el sur de los Estados Unidos.

La ciudad de Querétaro, Querétaro, México, fue sede del XIII Congreso y Exposición Latinoamericana de Turbo-maquinaria, del 12 al 15 de marzo de 2012, evento organizado por el CIATEQ y el Instituto de Investigaciones Eléc-tricas. En esta ocasión, la inauguración corrió a cargo de Francisco Antón Gabe-lich, Director del CIATEQ; José Miguel González Santaló, Director de Sistemas Mecánicos del IIE, y Gregorio Peláez Velázquez, Secretario de Desarrollo Sustentable del Estado de Querétaro.

XIII Congreso y Exposición Latinoamericana de Turbomaquinaria

La participación del IIE en este evento fue amplia: la primera conferencia plenaria estuvo a cargo de José Miguel González Santaló, quien habló del tema: “El papel de la turbomaquinaria en el panorama energético mexicano”. También se participó en la exposición técnica, donde se presentaron productos, servicios e innovaciones. Por su parte, Rafael García Illescas, Jorge Aguirre Romano y Antonio Carnero Parra, inves-tigadores de la Gerencia de Turbomaqui-naria del IIE, presentaron cuatro ponen-cias técnicas.

Adicionalmente se dio a conocer el libro: “Contribuciones al campo de la Turbo-maquinaria”, editado por el CIATEQ, el cual contiene una selección de los mejores artículos de las últimas once ediciones del Congreso y Exposición Latinoamericana de Turbomaquinaria, en el que se encuentran diversos trabajos de los investigadores del IIE.

75

Comunidad IIEabril-junio-2012

Boletín IIE

El Instituto de Investigaciones Eléctricas participó en la 5ta Expo-Foro Electri Q 2012, del 1 al 3 de marzo de 2012 en la ciudad de Querétaro, Querétaro, México, organizado por la Asociación de Contra-tistas de Obras Electromecánicas de Querétaro (ACOEQ), organismo que vincula a la comunidad de contratistas del gremio eléctrico, con instituciones y los sectores privado y gubernamental.

En este evento, los temas de las conferen-cias versaron sobre calidad y ahorro de energía, sistemas de energía alternativa, sistemas de protección en alta, media y baja tensión, y seguridad en el trabajo. En el programa de conferencias participaron Julián Adame Miranda, Director Ejecutivo del IIE, Pablo Mulás del Pozo, Asesor de la Dirección Ejecutiva, y Ricardo López García, Gerente de Comercialización y Desarrollo de Negocios. También asistió al evento José Martín Gómez López,

Participa el IIE en Electri Q 2012

investigador de la Gerencia de Control, Electrónica y Comunicaciones.

El Instituto participó en la exposición técnica a través de un stand en donde promocionó sus productos y soluciones tecnológicas, y donde presentó la alianza tecnológica con PROTECSA, promoci-nando el Sistema Integral de Medición (SIM-IV).

El pasado 29 de febrero de 2012, el Insti-tuto de Investigaciones Eléctricas recibió la visita de participantes en el EU-Mexican Researchers Brokerage Event in Mexico, como parte de las actividades del programa organizado por la Oficina de Coopera-ción entre la Unión Europea y México del CONACYT (UEMEXCYT).

La Delegación estuvo integrada por José Antonio García de Asociación de la Indus-tria Navarra (AIN); Francisco Manzano de la Universidad de Almería, ambos de España; Angelo D’Agostino de la Agency for the Promotion of European Research (APRE), de Italia, y Dan Stan de la Tech-nical University of Cluj-Napoca, de Rumania; de parte de México participaron José Alberto Lumbreras de la Universidad del Istmo e Isabel Ramírez de CICESE-DOF.El objetivo de esta visita fue darles a conocer las capacidades tecnológicas del IIE, principalmente en temas relacionados con las energías renovables y alternas, así como identificar áreas en las que puedan

Traspasando fronterastrabajar de manera conjunta empresas y organizaciones de la Unión Europea con el Instituto.

Entre los puntos de interés encontrados está participar en la convocatoria de SRE-CONACYT para la realización de talleres temáticos en México, así como la opor-tunidad de trabajar en proyectos en el marco del Programa IRSES de la Comi-sión Europea, a través de la Universidad Técnica de Cluj-Napoca en Rumania, en lo relativo al área de mecatrónica.

76

Boletín IIEabril-junio-2012Breves técnicas

Servicios de vanguardia en el IIE: Laboratorio de Turbomaquinaria

Alberto Amancio Santiago Jiménez[[email protected]]

Uno de los proyectos de alto impacto en el Instituto de Investigaciones Eléc-tricas (IIE), corresponde al Laboratorio de Turbomaquinaria de la Gerencia de Turbomaquinaria, el cual tiene por obje-tivo el desarrollo tecnológico de métodos y herramientas para el diagnóstico de fallas, así como la rehabilitación y exten-sión de la vida útil de componentes de turbomáquinas.

Hoy en día resulta una ventaja competitiva para las industrias satisfacer las necesi-dades de análisis de fallas de turbomaqui-naria, estimación de vida útil y rediseño de componentes con el fin de mejorar su eficiencia y confiabilidad, así como la rehabilitación de los componentes para extender su vida útil y reducir costos de mantenimiento. Adicionalmente se prestan servicios de optimización ener-gética y uso eficiente de la energía. Para atender estas necesidades y dar solución a los problemas, la Gerencia de Turboma-quinaria implementó su laboratorio, el cual cuenta con equipo comercial y desarro-llado en la misma Gerencia.

En su infraestructura resaltan, entre otros, los siguientes sistemas y equipos:

• Sistema Computarizado para el Análisis Dinámico de rotores (SICAD)• Sistema automático de inspección borosónica• Versátil fresadora portátil• Equipo de soldadura TIG de alta frecuencia• Cámara de vacío para la soldadura• Equipo láser para alineación de los rotores y equipo óptico para alineación de los

elementos fijos del sistema de flujo de turbomáquinas• Equipo de medición en 3D

El Laboratorio de Turbomaquinaria ha tenido presencia en diversos proyectos para empresas eléctricas de El Salvador, Guatemala, Estados Unidos, Colombia, Costa Rica y la industria privada mexicana.

Dentro de los sectores eléctrico y energético nacionales, el laboratorio ha colaborado con la Comisión Federal de Electricidad (CFE), desarrollando equipo propio para la inspec-ción no destructiva de rotores, inspección de los tubos de las paredes de agua de genera-dores de vapor y equipo para inspeccionar las turbinas de vapor. Además ofrece servicios de rehabilitación de carcasas deformadas, con fisuradas, erosión y corrosión, así como la rehabilitación de álabes fijos y móviles de turbinas de vapor y gas, entre otros.

77

Breves técnicas

En el sector energético ha incursionado en proyectos para Petróleos Mexicanos (PEMEX), en particular para Pemex Petroquímica y Pemex Refinación, propor-cionando servicios técnicos de balanceo y diagnóstico de fallas en equipo rotatorio.Además de las capacidades del Labora-torio, la Gerencia de Turbomaquinaria cuenta con herramientas para el estudio de la viabilidad técnica y rentabilidad económica de proyectos de cogeneración y de ciclo combinado; cuantificación de costos de vapor y electricidad en plantas de cogeneración; conversión de centrales termoeléctricas de combustóleo a carbón y/o coque de petróleo; estimación de vida

útil, caracterización, diagnóstico, evalua-ción y optimización de equipos y compo-nentes de turbinas de plantas termoeléc-tricas de vapor, gas y de ciclo combinado; tecnología de Método de Elemento Finito (FEM) y Dinámica de Fluidos Computa-cional (CFD) para el análisis estructural, de flujo y de transferencia de calor en componentes mecánicos.

Estos servicios potenciales y competitivos han otorgado al IIE el posicionamiento nacional e internacional, en el desarrollo tecnológico de métodos y herramientas para la mejora y mantenimiento de la infraestructura de sus clientes.

Servicios de vanguardia en el IIE: Laboratorio de Turbomaquinaria

78


Luis Iván Ruiz Flores[[email protected]]

Modernizando el Sistema Nacional de Refinación

El Instituto de Investigaciones Eléctricas contribuye con el sector energético mexi-cano desarrollando soluciones de moder-nización en los sistemas eléctricos de la industria petrolera nacional, acordes con el presente tecnológico.

Durante más de diez años, el IIE desa-rrolló para Pemex Refinación, la ingeniería básica y de diseño para la integración de nuevas plantas de reducción de azufre en combustibles, en las seis refinerías del país.

En 2004, la colaboración multidisciplinaria de diferentes especialidades del IIE con Pemex Refinación permitió tener los estu-dios de factibilidad técnica económica, así como las propuestas de restructuración de la red eléctrica y la ingeniería conceptual para la implementación de las soluciones. También se desarrollaron las especifica-ciones del equipo eléctrico, mecánico y de control, así como las bases de usuario para iniciar con el proceso licitatorio.

El soporte técnico que el IIE proporciona a Pemex Refinación incluye la supervisión y asistencia técnica durante la licitación, construcción y puesta en servicio de los equipos eléctricos para la sustitución integral del bus de sincronización en 115 kV. En 2008 comenzaron los procesos de licitación en la Refinería Francisco I. Madero localizada en Ciudad Madero, Tamaulipas; en 2010, el IIE participó en el proceso de licitación de la Refinería Miguel Hidalgo, localizada en Tula de Allende, Hidalgo, que en 2011 inició sus actividades para implementar el bus de sincronización en 115 kV y sus equipos asociados, antes del primer trimestre de 2014.

79

Breves técnicas

La asistencia técnica está compuesta por diversos especialistas del IIE de las siguientes áreas:• EquiposEléctricos. Realiza la restructuración de la interconexión de los equipos

eléctricos, considerando integrar nuevas unidades de generación y se asegura que la red eléctrica mantenga un nivel de confiabilidad, flexibilidad, seguridad y continuidad.

• Control,ElectrónicayComunicaciones. Colabora en la ingeniería para integrar los nuevos equipos al sistema de control y monitoreo del Sistema de Control Operativo Avanzado (SCOA).

• IngenieríaCivil. Realiza el análisis de los requerimientos de las obras civiles para la instalación de los nuevos equipos mecánicos y eléctricos.

• ProcesosTérmicos. Colabora con los estudios requeridos como los de eficiencia, consumos de combustible, consumos de agua y retorno de condensado. Este proyecto forma parte de la clasificación de alto impacto, ya que Pemex Refinación tiene que adquirir los equipos descritos en la ingeniería conceptual realizada por el IIE.

Modernizando el Sistema Nacional de Refinación

Para PEMEX, este tipo de inversiones forma parte de su plan para la moderni-zación de la Industria Nacional de Refina-ción (INR), por lo que en el corto plazo replicará estas acciones en la Refinería Ing. Héctor Lara Sosa en Cadereyta, Nuevo León, buscando la repotenciación del sistema eléctrico con un bus de sincroni-zación en 34.5 kV.

80


Aplicación de análisis RCM en instalaciones eléctricas y petroleras

Juan Arellano Gómez y Rogelio Rea Soto[[email protected] y [email protected]]

El RCM (Reliability Centered Maintenance) es un análisis sistemático de una insta-lación, que busca identificar las formas en que las funciones de sus sistemas, subsistemas y equipos pueden fallar. Esta información, aunada a la probabilidad de ocurrencia de la falla y las consecuencias de la misma, permite asignar prioridades y estrategias de mantenimiento basadas en aspectos económicos, de seguridad y ambiente. Las estrategias que se obtienen se orientan a evitar posibles mecanismos de falla de componentes críticos, sus consecuencias y las acciones (estrategias de mantenimiento) que deben tomarse para prevenir la ocurrencia de la falla. La importancia del RCM radica en que la información, tanto de disponibilidad y confiabilidad de equipos, así como la experiencia operativa del personal de la instalación, se utilizan de una forma siste-mática para desarrollar y optimizar planes de mantenimiento.

Desde 2009, el grupo de análisis de confiabilidad de la Gerencia de Energía Nuclear del IIE ha participado en el análisis de centrales hidroeléctricas de la Comisión Federal de Electricidad, para permitir la implantación de Mantenimiento Basado en Confiabilidad, a la fecha ha analizado las centrales hidroeléctricas más importantes del país, cubriendo una buena proporción del total de la capacidad hidroeléctrica nacional instalada (aproxi-madamente el 92%): Chicoasén (2009), Malpaso (2009), Infiernillo (2010), Angostura (2010), Peñitas (2010), Aguamilpa (2010), El Cajón (2011), Huites (2011), Caracol (2011) y Temascal (2011).

81

Breves técnicas

Con los resultados de este proyecto, las centrales analizadas cuentan con:

• Los elementos necesarios para poder realizar la implantación de estra-tegias efectivas de mantenimiento, propuestas con base en el RCM.

• Las bases para preparar planes de mantenimiento que ayuden a mini-mizar la posibilidad de ocurrencia de fallas significativas que comprometan la seguridad, disponibilidad, confiabi-lidad y el medio ambiente.

• Elementos para implantar un verda-dero Sistema de Gestión del Mante-nimiento con base en la metodología RCM.

• Acciones de mejora identificadas como parte del análisis.

• Personal capacitado en el uso de la metodología RCM.

• Herramientas que le permiten incre-mentar la confiabilidad, disponibilidad operativa y seguridad.

La ejecución e implantación de estos proyectos contribuyen a incrementar la confiabilidad de suministro de energía eléctrica y la seguridad de los sistemas que integran el sistema interconectado nacional.

Aplicación de análisis RCM en instalaciones eléctricas y petroleras

Cabe destacar que en el área de transmisión de energía eléctrica, en 2012, el IIE ha desa-rrollado estudios de RCM para transformadores de potencia en la Central Termoeléc-trica Presidente Adolfo López Mateos, autotransformadores en la subestación Acatlán Potencia y reactores en la subestación Las Mesas de la CFE.

En el sector petrolero, el Instituto también ha aplicado la metodología RCM. Por ejemplo, en 2004 se aplicó en la Plataforma de Rebombeo y entre 2005 y 2008, en el Complejo Procesador de Gas Akal C7-C8 de Pemex Exploración y Producción.

El IIE cuenta con la capacidad técnica para implantar el análisis RCM en centrales gene-radoras de cualquier tipo y una amplia gama de instalaciones (transmisión, distribución, industria petrolera, etc.) y con la experiencia en este tipo de metodologías, se afianza como un proveedor confiable para la CFE en materia de desarrollo de proyectos rele-vantes con alto contenido tecnológico y alto grado de innovación, ya que procura contri-buir con este organismo para determinar una serie de acciones encaminadas a garantizar una alta confiabilidad, disponibilidad y seguridad de las centrales eléctricas.

82

Boletín IIEabril-junio-2012Artículo de investigación

Nonlinear companding circuits with thermal compensation to enhance input dynamic range in analog optical fiber links

Joaquín Héctor Rodríguez Rodríguez and José Conrado Velázquez Hernández

Abstract

Measuring systems based on a pair of optical fiber transmitter-receiver are used in medium-voltage testing laboratories wherein the environment of high electromagnetic interference (EMI) is a limita-tion for using conventional cabling. Nonlinear compensation techniques have been used to limit the voltage range at the input of optical fiber links. However, nonlinear compensation introduces gain and linearity errors caused by thermal drift. This paper presents a method of thermal compensation for the nonlinear circuit used to improve transient signal handling capabilities in measuring system, while maintains low errors in gain and linearity caused by thermal drift.

Article originally published on the Journal of Applied Research and Technology, vol.9, No.1, April 2011, p. 103‐111.

83

Artículo de investigaciónNonlinear companding circuits with thermal

compensation to enhance input dynamic range

Resumen

Los sistemas de medición basados en un par de transmisor-receptor de fibra óptica son utilizados en los laboratorios de pruebas de media tensión, en donde el ambiente de alta interferencia electro-magnética (EMI) es una limitación para el uso de cableado convencional. Se han utilizado técnicas no lineales de compen-sación para limitar el rango de voltaje en la entrada de enlaces de fibra óptica, sin embargo, la compensación no lineal presenta errores de ganancia y linealidad causados por la deriva térmica. Este trabajo presenta un método de compen-sación térmica para el circuito no lineal utilizado para mejorar las capacidades de manejo de señales transitorias en el sistema de medición, manteniendo bajos los errores en la ganancia y linealidad causados por la deriva térmica.

Keywords: Nonlinear compensation, thermal compensation, optical fiber link, high power testing, input dynamic range.

Introduction

Testing laboratories of High-Current and Low-Voltage (HCLV) require the measure of large currents and voltages, in the order of tens of kilo amps and kilo volts. Special caution has to be applied to ensure complete electrical isolation before acquire voltage signals and transmit data to the control room for later processing (Rodri-guez, 2010,a). However, the main problem is to preserve the integrity of signals, which have to be transmitted without any distortion (Rodriguez, 2010,b). To solve this problem, a measurement system capable of measuring and carrying analog signals with a minimum added error

(1%) and with sufficient amplitude for processing had to be developed.

Optical fibers have been mainly used in digital communications applications, for which high-speed and large bandwidth are major requirements, whereas transmission of a component of direct current (DC) is not necessary. On the other hand, the accuracy and the precision of optical fiber transmission links for an analog measuring system, in high EMI conditions and other transient phenomena, is highly dependent of controlling the DC offset drift voltage due to temperature change. Consequently, it is highly desirable to devise and to implement a compensation mechanism to satisfy the measuring system requirements while handling large dynamic voltage changes. The analog fiber optic link of the measuring system is basically a fiber optic transceiver composed by three major components - the remote transmitter, the receiver unit, and the fiber optic communi-cation link (Velazquez, 2007) (see figure 1).

Alternatively, “companding” (from compression and expanding) is a signal processing technique primarily used in audio digital systems, such as micro-phones and wireless communications to reduce noise levels. The objective of the companding process is to preserve the signal-to-noise ratio of the original audio signal. Non-linear compensation functions are mainly used in voice communication companding. The use of companding for analog picture transmission was patented

by A. B. Clark of AT&T in 1928 (Clark, 1928). Also in 1942, Clark and his team completed the secure voice transmission system, which was the first application of companding in a PCM system (Nichols, 2002). Then in 1953, B. Smith showed that a nonlinear DAC could simplify the design of digital companding systems (Smith, 1957). In 1965, R. Dolby in Britain devel-oped a simple compander known as the Dolby Noise Reduction System. One of the features that set Dolby’s compander apart was that it took care only of the quiet sounds that otherwise would be masked by tape noise. Dolby marketed the product to record companies. In 1970, H. Kaneko developed the uniform description of segment (piecewise linear) companding laws that have been adopted in digital telephony (Kaneko, 1970).

Digital techniques of radio over fiber (RoF) communications can be deployed with optical fibers. The measuring system in this work uses the simplest RoF method for optical transmission by Direct Intensity Modulation. This method falls under the Intensity Modulation – Direct Detection (IM-DD) technique (Ng´oma, 2005). The direct Intensity Modulation used to implement PFM optical fiber link is the method that complies with the requirement to transmit DC compo-nents. Thermal-compensation circuits in balanced semiconductor amplifiers were widely used for reducing the drift of tran-sistorized DC amplifiers (Didenko, 1967).

Figure1. Analog optical fiber link block diagram.

Non-linear function

Opticalfiber

transmitter

Opticalfiber

receiver

Inversenon-linearfunction

Optical fiber linkAnalog input

Analog output

84


Remotetransmitter

Figure 2, five modules integrate the remote transmitter: digital remote controller, analog conditioning module, non-linear networks, analog transmitter and power supply. One fiber optic link is used to receive control commands and the other is multiplexed for control command reply and analog signal transmission.

Receiver

Figure 3 illustrates a simplified block diagram of one receiver. The analog section is in charge of detecting, ampli-fying and demodulating the incoming PFM signal from the transmitter module. The demodulated signal is then intro-duced to the inverse non linear function network to recover the original signal from the transmitter.

Compandingcontrolandthermalcompensation

Figure 4 depicts the test setup for the implementation of the companding control based on a resistance ratio. The thermal compensation of the companding network is a compromise to the companding factor. The transmitter is operating under an uncontrolled tempera-ture inside of a test lab (ranging from 10 ° to 40 °C). The receiver is operating under a controlled temperature inside of a control room in a test lab (constant 25 °C). The difference between input and output is the gain error that thermal compensation reduces.

The equation of an ideal diode is:

[1]

Where I is the diode current, Is is a scale factor called the saturation current, VD is the voltage across the diode, VT is the thermal voltage. The thermal voltage VT is approximately 25.85 mV at 300 °K, a temperature close to “room temperature” commonly used in device simulation soft-ware. At any temperature it is a known constant defined by:

[2]

Where q is the magnitude of charge on an electron (the elementary charge), K is Boltzmann’s constant, T is the abso-lute temperature of the p-n junction in Kelvin degrees. Under reverse bias volt-ages the exponential in the diode equation is negligible, and the current is a constant (negative) reverse current value of -IS.

Figure2. a) Transmitter block diagram, b) Actual implementation for the transmitter non-linear network.

Figure 3. a) Receiver block diagram, b) Implementation of the receiver non-linear network inverse function.

Figure 4. Test setup for implementation of thermal compensation. a) Transmitter, b) Receiver.

a) b)

a) b)

85



For even rather small forward bias volt-ages the exponential is very large because the thermal voltage is very small, so the subtracted ‘1’ in the diode equation is negligible and the forward diode current is often approximated as:

[3]

The current for a diode network of two diodes in parallel one forward and one backwards as shown in figure 2 is:

[4]

This diode equation is used to limit the voltage range of a bipolar signal at the output of the transmitter (input to the modulator).

The inverse function to reconstruct the shape of the original input voltage (input to the transmitter) is given by equation [5] in terms of the transmitted voltage taken by the receiver to produce an output proportional to the original input. The output voltage for the receiver as shown in figure 3 is:

[5]

The transmitter non linear circuit shown in figure 4 is represented by the following equation:

[6]

Where I1 is the magnitude of the input is current, I2 is the feedback current, Vi is the input voltage, VD1

and VD2 are the diode

voltage drop for D1 and D2, and R1 and R2 are the input and feedback resistances.

From [6] we get:

[7]

The receiver non linear circuit shown in figure 4 can be represented by the following equation:

[8]

Where I3 is the magnitude of the input current, I4 is the feedback current, V1 is the input voltage, VD1

and VD4 are the diode voltage drop for D1 and D2, and R3 and R4 are the input

and feedback resistances. From [7] we get:

[9]

Substitution of [6] in [9] we get:

[10]

By design R4 = R1 and R3 = R2 we get:

[11]

If (VD4 – VD1

) is considered equal to (VD2 – VD3 ) and R1 >> R2 equation [11] can be simpli-

fied to [12]

[12]

Where (V02 – Vi ) is the voltage difference ∆V between the outputs V02

reconstructed by the receiver and the original input Vi at the transmitter.

[13]

Substitution of equation 5 in equation 11 equation 14 is obtained.

[14]

86


Equation 14 shows a linear temperature dependency compared with a simple non temperature compensated circuit which is exponentially dependent.

Figure 5 illustrates the thermal compen-sated non-linear network response. The linearity error for transmitter, oper-ating at 40 °C and receiver at 25 ºC is illustrated by the line labeled “a”. The gain error for the transmitter operating at 40 °C and receiver at 25 °C is illus-

Figure 5. Thermal compensated non-linear network response: a) Linearity error for Transmitter operating at 40 °C and receiver at 25 ºC, b) Gain error for Transmitter operating at 40 °C and receiver at 25 °C, c) difference between Input- Output.

Figure6. Zoom of thermal compensated non-linear network response: a) Linearity error for Transmitter operating at 40 °C and receiver at 25 °C, b) Gain error for Transmitter operating at 40 °C and receiver at 25 °C, c) difference Input- Output.

Figure7. Gain error introduced by thermal dependency of the nonlinear companding circuits.

Figure 8. Non-linearity error plot for different transmitter operating temperatures.

trated by the line labeled “b”. And the line labeled “c” illustrates the difference between the Input and Output.

Errorestimation

The errors introduced by the nonlinear companding circuits are gain, linearity and offset. Gain error is estimated through circuit simulation considering thermal dependencies of silicon diodes and considering the receiver to be at a

fixed stable operating temperature of 25 °C, since the receivers are installed in a temperature controlled environ-ment. The transmitter on the other hand is installed in different locations in the HCLV lab. Gain error is the largest error introduced by the thermal depen-dency of the nonlinear circuit. It can be as large as 5% for 1 °C or 66% percent for 10 °C difference with respect to the receiver. The gain and offset errors are easily compensated by the digital signal

87



processing routine used for calibration, as explained earlier.

A detailed response to temperature is shown in figure 7. The gain error intro-duced by thermal dependency of the nonlinear companding is high without thermal compensation. When thermal compensation is included, gain error is reduced in a factor of ten.

Simulations were performed for several temperatures above the receiver operating temperature. Figure 8 shows the linearity deviations for several temperatures. On the other hand, the non-linearity error without thermal compensation is low. When thermal compensation is included, the non-linearity error is not significant reduced.

Conclusions

The thermal compensation of the non-linear companding circuits is small compared with the error in gain intro-duced by a non compensated solution. It can be about 1.2 % for a 10 °C difference

with respect to the receiver temperature and represents a reduction in a factor of ten.

The non-linearity error with thermal compensation is 1 % and is in the same order of magnitude as a simple diode electronic circuit without thermal compensation.

This paper introduced the design and results of an improved of thermally compensated non-linear analog optical fiber link with wide input dynamic range.

Finally, the results show that non–linear network based companding improves the dynamic range of the input voltage at the transmitter and is able to reconstruct the original signal maintaining original band-width, low distortion, and improving signal to noise ratio.

References

Rodriguez, J. Application of nonlinear compensation to limit input dynamic range in analog optical fiber links, Journal of Applied Research and Technology, vol. 8, no. 2, p. 211-226, a.

Rodriguez, J. Nonlinear compensation to enhance the input dynamic range in analog optical fiber links for the high current short circuit test, Measurement Science and Technology, vol. 21, num. 6, 2010, b.

Velazquez J, Montero J, Rodriguez J. and Garduno R. Improved Analog Optical Fiber Link for Signal Measuring in a High Power Testing Facility, International Journal of Mathematics and Computers in Simulation, vol. 1, 2007, pp. 40-45.

Clark, A. B. Electrical picture-transmitting system. US Patent No. 1,691,147, 1928.

Nichols, R. K. and Lekkas, P. C. Wireless Security: Models, Threats, and Solutions, McGraw-Hill, New York,, 2002.

Smith, B. Instantaneous Companding of Quantized Signals, Bell System Technical Journal, vol. 36, may 1957, pp. 653.

Kaneko, H. A Unified Formulation of Segment Companding Laws and Synthesis of Codecs and Digital Compandors, Bell System Technical Journal, vol. 49, september 1970, pp. 1555–1558.

Ng’oma, A. Radio-over-fiber technology for broad-band wireless communication systems, PhD Thesis, Dept. Telecommunications and Electronic Engineering, Eindhoven Univ. of Technology, Eindhoven, The Netherlands, 2005.

Didenko, V. I. Thermal-compensation circuit in balanced semiconductor amplifiers with independent zero and temperature-balanced adjustments, Izmeritel’naya Tekh-nika, 1967, num. 8, pp. 91.

88


JOAQUÍNHÉCTORRODRÍGUEZRODRÍGUEZ[[email protected]]Master of Science Degree in Electrical Engi-neering at the University of Toronto, Canada in 1980. Bachelor´s Degree in Mechanical and Elec-trical Engineering at the University of Nuevo Leon, Monterrey, Mexico in 1974. He worked as a research engineer for Trench Electric Ltd. of Toronto, Canada from 1979 to 1981. He joined the Instituto de Investigaciones Eléctricas as a researcher and head of the telecommunications laboratory, where he developed projects related to electronics, optical fibers and telecommunications systems for the elec-trical utilities in Mexico from 1982 to 1988. In the last four years he has been working on MEMS Appli-cations and optical fiber sensors for on-line moni-toring of power electric apparatus. He was professor at ITESM, the University of Morelos and the Center for Research and Technological Development, all in Mexico. He has published many technical papers and has participated in national and international tech-nical meetings. From 1985 to 2007 was recognized as National Researcher in Mexico by the National Research System (SNI by its acronym in Spanish).

JOSÉCONRADOVELÁZQUEZHERNÁNDEZ[[email protected]]Master of Science Degree in Digital Systems at the Instituto Politécnico Nacional (IPN), Mexico. Bachelor´s Degree in Electronics Engineering at the Instituto Tecnológico de Orizaba, Mexico. He has been a researcher and project manager in the Control and Instrumentation Department at the Instituto de Investigaciones Eléctricas since 1992. His research interests are digital communications and interopera-bility of digital communication systems. He has been responsible for many research projects with the elec-trical industry of Mexico. He is currently working in the modernization project of the high power tests laboratory of the Comisión Federal de Electricidad. He is member of the State Research System since 2009.

Documents

· Aplicación de análisis RCM en instalaciones eléctricas y petroleras/ ... Comisión Federal de Electricidad • Florencio Aboytes García, subdirector de Programación, Comi-