Diseño de seccionador con mando remoto para topología IEEE 13

Abstract

Se realizo un análisis de contingencia simulando la micro red en Neplan previendo los peores escenarios en los que puede operar el sistema, dimensionando así, los componentes del seccionador con la robustez necesaria para que soporten las máximas corrientes de operación de la red. Se acoplo un circuito de amortiguamiento para los cambios abruptos de  que se pueden presentar entre los barrajes evitando el accionamiento indeseado del tiristor. El diseñar un seccionador aplicando electrónica de potencia, acarrea diversas ventajas como la eliminación de partes móviles, aumento de la longevidad y velocidad de reacción del dispositivo, entre otras, frente a los dispositivos mecánicos usados convencionalmente. La microrred IEEE 13 de la Universidad del Norte cuenta con módulos para simular líneas de transmisión, cargas, fuentes, capacitores y transformadores. La finalidad es poder recrear un escenario de un sistema de potencia mayor a pequeña escala, sin embargo, en el diseño actual no es posible realizar operaciones de maniobra o transferencia. Al no poseerlo, si en la micro-red falla una fuente o simplemente no está disponible, algunas cargas quedan sin ser alimentadas, la función de una transferencia es actuar en dicho momento y proveer un camino de corriente para las cargas afectadas. Se procedió entonces a realizar las matrices de decisión para escoger el método de construcción más adecuado (estado sólido), el hardware de control (Arduino Uno v3.0) y el software de programación (Matlab). Luego, se instaló en una caja metálica con IP 50 con protección al polvo. En la etapa de validación de su funcionamiento, se realizaron más de 30 ensayos en el laboratorio de máquinas de la Universidad y en la microrred IEEE 13 bajo diferentes escenarios de operación y temperaturas. Con las pruebas realizadas soportando desde 2 a 14 amperios RMS, se concluye que el seccionador es capaz de cerrar y abrir bajo carga, indicar su estado actual y ser controlado remotamente.

A contingency analysis was performed simulating the micro network in Neplan, anticipating the worst scenarios in which the system can operate, thus sizing the components of the disconnector with the necessary robustness to support the maximum operating currents of the network. A damping circuit is coupled for the abrupt changes of  that can occur between the bushes, preventing undesired operation of the thyristor. The design of a disconnector applying power electronics, brings various advantages such as the elimination of moving parts, increased longevity and reaction speed of the device, among others, compared to conventionally used mechanical devices.

The IEEE 13 micro network of the Universidad del Norte has modules to simulate transmission lines, loads, sources, capacitors and transformers. The purpose is to recreate a scenario of a larger power system on a small scale, however, in the current design it is not possible to perform maneuver or transfer operations. By not having it, if in the micro network a source fails or is simply not available, some loads are left without being fed, the function of a transfer is to act at that moment and provide a current path for the affected loads.

The decision matrices were then made to choose the most suitable construction method (solid state), the control hardware (Arduino Uno v3.0) and the programming software (Matlab). Then, it was installed in a metal box with IP 50 with dust protection.

In the validation stage of its operation, more than 30 tests were carried out in the laboratory of machines of the University and in the IEEE 13 micro-grid under different operating and temperature scenarios. With the tests carried out from 2 to 14 amps RMS, it is concluded that the disconnector is able to close and open under load, indicate its current status and be controlled remotely.