Ingeniería e Investigación

Recommendations for grounding systems in lightning protection systems

This paper presents some practical recommendations for designing grounding systems as part of an integral protection system against lightning strikes. These recommendations are made taking into account the results of academic software whose development was based on hybrid electromagnetic method and the method of moments. This paper presents the results of impedance and transient voltage for triangle, wye, counterpoises and mesh configurations. Some recommendation are made concerning the use and characteristics of earth electrodes, for example effective counterpoise length, where to locate grounding rods, where to connect down conductors in a mesh and the potential difference between points on the same grounding electrodes. These recommendations guide a systems' designer to ensure greater benefit from grounding setups without wasting money.

Este artículo presenta algunas recomendaciones prácticas para el diseño del sistema de puesta a tierra, el cual hace parte del sistema integral de protección contra rayos. Estas recomendaciones son el resultado de los análisis de un software académico que se basa en el método electromagnético híbrido en conjunto con el método de momentos. Se muestran los resultados de la impedancia y la tensión transitoria para configuraciones como: triángulo, estrella de tres puntas, contrapesos y mallas. A partir de los resultados, se definen la aplicación y las características de las diferentes configuraciones, como por ejemplo: longitud efectiva de los contrapesos, lugares dónde localizar las varillas, lugares en los cuales conectar las bajantes a las mallas y las diferencias de potencial entre puntos de una misma puesta a tierra. Estas recomendaciones guían al diseñador para obtener beneficios de las diversas configuraciones sin desperdiciar dinero.

Three-dimensional maps of power quality loss based in the power tensor theory

This paper presents the results of a project which was aimed at developing a flexible visualisation tool to be used mainly by power system operators. The project concentrated on a technique for assessing the deterioration of power transfer quality in electrical networks based on the power tensor theory. One of the envisioned tool's essential goals was to aid system operators by providing images of the system with easily identifiable characteristics related to loss or overall deterioration of power quality. The result was a user-friendly, three-dimensional graphic interface. The tool's effectiveness has been illustrated via different scenarios created using the IEEE 13-bus test feeder as an example.

Este artículo presenta los resultados de una investigación relacionada con el desarrollo de una herramienta de visualización flexible, para ser usado principalmente por los operadores del sistema eléctrico. La investigación se centró en una técnica para evaluar el deterioro de la calidad de la potencia transmitida en redes eléctricas, basada en la teoría del tensor de potencia. Uno de los objetivos esenciales de la herramienta es de ayudar a los operadores del sistema, proporcionando imágenes con características fácilmente identificables, las cuales, están relacionadas con el deterioro global de la calidad de la energía. El resultado es una interfaz amigable tridimensional. La eficacia de la herramienta se ilustra mediante diferentes escenarios que se recrearon con el sistema de prueba IEEE de 13-barras.

An overview of approaches for modelling uncertainty in harmonic load-flow

Harmonic distortion is a growing problem in all power systems (PS) around the world due to the increasing use of electronic power devices and nonlinear loads (NLL). Several methods have been developed for the computational analysis of PS harmonic load-flow (HLF). These approaches allow harmonic distortion to be estimated at each PS bus when NLLs (the harmonic sources) are distributed throughout a whole network. Some widely accepted deterministic formulations are used in HLF analysis; however, harmonic distortion in PS is a time-varying phenomenon because both linear loads (LL) and NLLs change non-predictably all the time. Moreover, network configuration also varies and such considerations make HLF calculation a mathematical problem which must be able to model the uncertainty associated with input data. Some approaches based on probability theory and others using fuzzy sets and possibility theories have been proposed for modeling such uncertainty. This paper was thus aimed at providing an overview regarding these approaches. The main HLF formulations within probabilistic and possibilistic frameworks have thus been introduced and some numerical comparisons have been made to clarify some concepts raised.

Debido a la creciente utilización de dispositivos basados en electrónica de potencia y de otras cargas de características no lineales, es que la distorsión armónica en las señales de tensión y de corriente es un problema que va en aumento en todos los sistemas de suministro de energía eléctrica en el mundo. En este contexto, varios métodos han sido desarrollados para el cálculo y análisis computacional del flujo de cargas armónicas en las redes eléctricas. Tales métodos permiten estimar la distorsión armónica en cada barra del sistema eléctrico cuando las cargas no lineales, que son las fuentes de armónicos, se encuentran distribuidas en toda la red. Entre de los métodos para calcular el flujo de cargas armónicas existen algunas formulaciones deterministas que son bien conocidas y ampliamente aceptadas. Sin embargo, la distorsión armónica en el sistema es variable en el tiempo porque tanto las cargas lineales como las no lineales cambian de una manera no predecible, y además, la configuración de la red eléctrica también varía. Esta última consideración hace que el cálculo del flujo de cargas armónicas sea un problema matemático que debe ser capaz de incluir en el modelado las incertidumbres asociadas a los datos de entrada. Para modelar tales incertidumbres se han propuesto en la literatura algunas metodologías de cálculo basadas en la teoría de la probabilidad, y otras basadas en las teorías de los conjuntos difusos y de la posibilidad. Por lo tanto, el objetivo de este artículo es el de ofrecer un panorama completo en lo referente a tales metodologías de cálculo. En particular, las principales formulaciones probabilistas y posibilistas serán presentadas. Finalmente, algunas comparaciones numéricas serán desarrolladas en un sistema eléctrico estándar con el propósito de dar claridad a algunos de los conceptos acá desarrollados.

A LEMP Generator-Simulator Circuit

This paper presents a proposal for a LEMP generator-simulator circuit for testing an SDR-detector developed for spectral characterization of lightning, its design and implementation.

Este artículo presenta una propuesta de un circuito generador-simulador de LEMP para pruebas de un detector tipo SDR desarrollado en la caracterización espectral del rayo atmosférico, su diseño e implementación.

Methodology for assessing the impacts of distributed generation interconnection

This paper proposes a methodology for identifying and assessing the impact of distributed generation interconnection on distribution systems using Monte Carlo techniques. This methodology consists of two analysis schemes: a technical analysis, which evaluates the reliability conditions of the distribution system; on the other hand, an economic analysis that evaluates the financial impacts on the electric utility and its customers, according to the system reliability level. The proposed methodology was applied to an IEEE test distribution system, considering different operation schemes for the distributed generation interconnection. The application of each one of these schemes provided significant improvements regarding the reliability and important economic benefits for the electric utility. However, such schemes resulted in negative profitability levels for certain customers, therefore, regulatory measures and bilateral contracts were proposed which would provide a solution for this kind of problem.

Este trabajo propone una metodología para identificar y evaluar los impactos de interconectar generación en los sistemas de distribución, utilizando técnicas de Monte Carlo. Dicha metodología está compuesta por dos esquemas de análisis: uno técnico que evalúa las condiciones de calidad del servicio con las que cuenta el sistema de distribución, y por otro lado, un análisis económico que evalúa el impacto financiero sobre el operador de red y sus clientes, de acuerdo con el nivel de calidad del servicio del sistema. La metodología propuesta fue aplicada a un sistema de distribución de prueba IEEE, considerando diferentes esquemas de operación para la interconexión de generación distribuida. La aplicación de cada uno de estos esquemas, trajo consigo mejoras significativas en la calidad del servicio suministrado e importantes beneficios económicos para el operador de red. Sin embargo, dichos esquemas implicaron niveles de rentabilidad negativa para ciertos clientes, por lo tanto, se propusieron medidas de carácter regulatorio y contratos bilaterales, que permitirían dar solución a este tipo de problemas.

Entropy and coefficient of variation (CV) as tools for assessing power quality

This paper presents several concepts and techniques for quantifying electric signal entropy and variability for assessing power quality, showing their irregularities, such as the electrical sine wave which delivers power to industry and homes. The paper will review these concepts and show some magnetic radiated waves measurements taken below 115 KV electricity line circuits in the city of Manizales (Colombia) through non-invasive and indirect measurement of the complexity of the current transported by the supply. Entropy, as an accepted indicator of physical complexity, is proportional to the logarithm of the number of states in a thermodynamic system. Some writers have identified entropy as being system disorder, but this is not completely true. Entropy of information was first defined by Shannon in 1949 and it is applied to many physical events. Entropy has been used for describing the complexity of the magnetic wave radiated by the line in this paper. Furthermore, the magnetic waves' spectral and amplitude coefficient of variation (CV) were obtained using a multi-resolution wavelet algorithm which measures data distribution dispersion. It is a dimensionless number allowing the variation of magnetic radiated data having significantly different mean values to be compared to a 60 Hz pure magnetic wave as reference.

Este artículo presenta varios conceptos técnicos para cuantificar la entropía de la señal eléctrica y la variabilidad con el fin de evaluar la calidad de la energía, mostrando sus irregularidades, como la onda sinusoidal eléctrica, que suministra energía a la industria y a los hogares. El documento examinará estos conceptos y mostrará algunas medidas de ondas magnéticas radiadas por los circuitos de las líneas eléctricas de la ciudad de Manizales (Colombia) tomadas por debajo de 115 KV, por medio de una medición no invasiva e indirecta de la complejidad de la corriente transportada por el suministro. La entropía, como un indicador aceptado de la complejidad de la realidad física, es proporcional al logaritmo del número de estados en un sistema termodinámico. Algunos autores identifican la entropía como un desorden de un sistema, pero esto no es del todo cierto. La entropía de la información se definió por primera vez por Shannon en 1949, y se aplica a múltiples eventos físicos. En este contexto, la entropía describe la complejidad de la onda magnética radiada por la línea. Además, se obtuvo el coeficiente de variación (CV) espectral y de amplitud de las ondas magnéticas con un algoritmo Wavelet de multirresolución, que permite la medición de la dispersión en la distribución de datos. Es un número adimensional que facilita la comparación de la variación de los datos magnéticos radiados, con valores medios muy diferentes, frente a una onda magnética pura de 60 Hz como referencia.

Operational analysis of electric field mills as lightning warning systems in Colombia

Electrostatic field measurements taken in Bogotá, Colombia, during thunderstorms in November (the rainy season due to inter-tropical confluence zone over central Colombia) were used to study the performance of an isolated electric field sensor and analyse its most important operational characteristics. The distances from each flash to the studied sensor were obtained by using the Colombian lightning location system. The ΔE cf distance ratio led to defining a charge model which could be used as a reference for calibrating other electrostatic field sensors to be used as lightning warning systems.

Medidas de campo electrostático realizadas en Bogotá durante episodios de tormenta en noviembre de 2010 (típicamente temporada de lluvias dada por el paso de la zona de confluencia intertropical por el centro de Colombia) fueron usadas para estudiar y analizar las características operacionales más importantes de un sensor de campo electrostático aislado. Las distancias de cada descarga nube-tierra con respecto al sensor obtuvieron a partir de los datos suministrados por el SID (Sistema de Información de Descargas). Los ΔE en función de la distancia permitieron definir un modelo de carga puede ser utilizado como sistema de referencia para la calibración de otros sensores de campo electrostático a ser implementados en sistemas de alerta de tormentas eléctricas.

A Study of incentives to increase the use of DG in Colombia based on a System Dynamics modeling

This paper presents a study regarding the introduction of distributed generation (DG) within the Colombian power system by considering commercial, environmental and technical incentives. Environmental and commercial incentives were quantified by studying international precedents for implementing DG. Technical incentives were quantified by taking into consideration the remuneration received by generator agents providing automatic generation control (AGC), since this is the only ancillary service recognized in Colombia. A system dynamics model was built to evaluate the complete proposal. The study found that the current incentives proposed in Colombian regulation, such as tax breaks, are insufficient to cover total costs. Moreover, environmental incentives can be an efficient way of promoting renewable energy use in Colombia to achieve more generating capacity with lower pollution indices. Similarly, technical incentives, in conjunction with environmental incentives, can further improve DG growth in Colombia. The diffusion of DG thus becomes an additional tool for the operator of the interconnected system for controlling voltage and improving the quality and security of electrical power systems.

Este artículo presenta un estudio de penetración de la Generación Distribuida (GD) en el sistema de potencia colombiano, teniendo en cuenta una propuesta de incentivos comerciales, medioambientales y técnicos. Los incentivos comerciales y medioambientales fueron cuantificados usando experiencias internacionales. Los incentivos técnicos se cuantificaron considerando la remuneración obtenida por los agentes generadores por prestar el servicio de control automático de generación, dado que este es el único servicio complementario reconocido en Colombia. Además, se construyó un modelo en dinámica de sistemas para evaluar la propuesta completa. El modelo muestra que los incentivos actuales en la regulación colombiana, tales como la exención de impuestos, son insuficientes en recuperar los costos de inversión totales. Los incentivos medioambientales pueden ser una opción eficiente para promover el uso de energía renovable en Colombia, con el fin de lograr más capacidad en generación con menos índices de polución, y los incentivos técnicos en unión con los ambientales pueden mejoraraún más el crecimiento de la GD en Colombia. Así, el modelo de difusión llega a ser una herramienta adicional para el regulador colombiano que permite estudiar políticas remunerativas relacionadas con el control de tensión y de esta manera mejorar la calidad y seguridad del sistema eléctrico de potencia.

Generating electricity during peak hours in Asuncion, Paraguay, through anaerobic digestion of cultivated water hyacinths

The objective of the present paper is to present an innovative and sustainable proposal for generating electricity in the metropolitan area of Asuncion, the capital of Paraguay, based on a renewable source of energy. Electricity would mainly be generated during peak hours with the aim of reducing power contracted by the Paraguayan Electricity Administration (ANDE) from existing hydroelectric power plants and thus reduce costs and stabilise transmission and distribution grids in the area of Asuncion. Electricity would be generated at a 130 MW combined cycle thermal power plant using biogas as fuel, this being obtained by anaerobic digestion of water hyacinths cultivated in pools, which would be built on the banks of the Paraguay river opposite Asuncion's botanical garden. The main advantage of using water hyacinths is their high growth rate, this being 100 to 500 g/day/m² depending on environmental conditions, thereby allowing plant mass to double every 6 to 15 days. Additionally, carbon to nitrogen ratio in water hyacinth vegetal mass is optimum for biogas generation. About 6.4 kWh/m³ biogas calorific value is high enough to be used for producing heat and, therefore, for generating electricity in a thermal power plant. Such power plant could be directly connected to the national grid through the Puerto Botanic transformer station by building a 2 km long 220 kV transmission line crossing the Paraguay River. This project could save ANDE up to 25 million US$ every year due to reduced contracted power at the Itaipu power plant. Although this reduction will decline by 3% each year due to increased electricity demand, the investment of around 98 million US$ could be repaid within 15 years and would have 5% IRR and US$ 40.5 million NPV..

El presente trabajo tiene como objeto de presentar una propuesta novedosa y sustentable para la generación de energía eléctrica en el área metropolitana de Asunción basada en una fuente renovable de energía. Dicha generación se realizaría principalmente en horas de punta con el fin de reducir la potencia contratada por la ANDE en las usinas existentes y de esta forma disminuir costos y al mismo tiempo estabilizar las redes de transmisión y de distribución en la zona de Asunción. La electricidad se generaría en una planta térmica de ciclo combinado de 130 MW de potencia instalada utilizando como combustible biogás obtenido por medio de la digestión anaeróbica en biodigestores de plantas de camalote cultivadas en piletas a ser construidas en la orilla del río Paraguay frente al Jardín Botánico de Asunción. La principal ventaja para el aprovechamiento del camalote es su elevado índice de crecimiento, que es entre 100 y 500 g por día y por m² según las condiciones ambientales, lo que permite que se duplique su masa vegetal cada 6 a 15 días. La relación entre carbono y nitrógeno, que se encuentra en su masa vegetal es óptima para la generación de biogás, cuyo poder calorífico de unos 6,4 kWh/m³ es suficientemente elevado para utilizarlo para la generación de calor y por ende también de electricidad en una planta térmica. Esa usina podría conectarse directamente al SIN a través de la Estación de Puerto Botánico mediante una línea de transmisión en 220 kV de 2 km cruzando el río Paraguay. Mediante este proyecto la ANDE podría ahorrar por año hasta US$ 25,000,000 en concepto de la contratación de potencia en la represa de Itaipú. Aunque dicho ahorro se reduciría cada año de 3% por el incremento de la demanda, la inversión de unos US$ 98,000,000 podría ser amortizada en un plazo de 15 años y tendrá un TIR del 5% y un VAN de US$ 40,548,000

Generalised strategy for implementing the minimum fault reactance based fault location algorithm in real power distribution systems

The paper presented here is aimed at proposing a generalised strategyfor easily implementing a fault locator in real power distribution systems. The strategy is based on the definition of a fault location method and its successive application along section lines from a power substation to the section where the fault has been determined. According to the results, the proposed strategy seems to be applicable to real power systems as an alternative for reducing fault location time and thuskeeping good continuity indexes.

En este artículo se propone una estrategia generalizada para fácilmente implementar un localizador de fallas en sistemas reales de distribución de energía eléctrica. La estrategia se fundamenta en la definición de un método de localización de fallas y su sucesiva aplicación a lo largo de las secciones de línea desde la subestación hasta donde se determine la localización de la falla. De acuerdo con los resultados, la estrategia propuesta es aplicable en sistemas de potencia reales como una alternativa para reducir el tiempo de localización de fallas y en consecuencia para mantener buenos índices de continuidad.

Hybrid simulation: an active power filter case study

The hybrid simulation concept consisting of a combination of computer simulation and laboratory tests. This approach is a cost effective alternative to physically testing the whole system and allows better understanding of complex coupled systems. This paper describes implementing an active power filter (APF) hybrid prototype where the source system and load are implemented as a real-time simulation and the system of static power converter acting as an active power filter is implemented in physical hardware. It also confirmed the hybrid simulation results by implementing the simulation in MATLAB-Simulink regarding the same system implemented during the active power filter analysis and design stage.

El concepto de simulación hibrida consiste en la combinación de simulaciones por computador y pruebas de laboratorio físicas. Este enfoque es una alternativa rentable a las pruebas físicas de todo un sistema, y permite la mejor comprensión de los complejos sistemas acoplados. Este artículo describe la implementación de un prototipo híbrido de filtro activo de potencia (APF), donde se implementa el sistema de fuente y la carga en simulación en tiempo real, y el sistema de convertidor de energía estática que actúa como filtro activo de potencia se implementa en hardware. Además, se confirman los resultados de simulación híbrida con la implementación de la simulación numérica en MATLAB-Simulink del mismo sistema implementado en la etapa de análisis y diseño del filtro activo de potencia.

The state of the art and new developments in voltage sag immunity

This paper presents the state of the art regarding electrical equipment's immunity to voltage sags. It deals with immunity analysis and voltage sag generators. An alternative methodology for testing equipment regarding voltage sag is proposed, along with immunity assessment. A comprehensive bibliographic review was made, describing voltage sag immunity standards and selected research and industry publications. The proposed methodology for assessing immunity was based on the literature presented and the authors' work.

En este artículo se presenta el estado del arte en inmunidad de equipos eléctricos frente a huecos de tensión. Se incluyen dos grandes tópicos: análisis de inmunidad y generadores de huecos de tensión. Como resultado, se propone una metodología alternativa para analizar la inmunidad de equipos eléctricos a los huecos de tensión. También se presenta una completa revisión bibliográfica, incluyendo estándares con referencia a inmunidad y una selección de publicaciones de la academia y la industria. La metodología propuesta para el análisis de inmunidad se basa en la bibliografía presentada y el trabajo de los autores.

Characterising power quality disturbances resulting from current limiting fuse operation

This article presents novel and easily implemented tools for characterising electrical disturbances originated by fuse operations. A methodology is described that (with the use of some descriptors) led to identifying electrical disturbances of this kind. The algorithm's decision thresholds were estimated using machine learning techniques. This work was aimedat providing new tools for assessing power quality, characterising and extracting information from voltage and current records obtained from monitoring distribution systems. MATLAB was used for validating this methodology, receiving voltage and current records of simulated events in ATP-EMTP and also real events as input.

Este artículo presenta nuevas herramientas de fácil implementación para la caracterización de perturbaciones eléctricas originadas por la operación de fusibles. Se describe una metodología que, mediante el uso de algunos descriptores, permite la identificación de esta clase de perturbaciones eléctricas. Los umbrales de decisión del algoritmo son estimados mediante técnicas de aprendizaje automático. Este trabajo tiene como objetivo proporcionar nuevas herramientas para evaluar la calidad de energía, caracterizando y extrayendo información de los registros de tensión y corriente obtenidos a través de la monitorización en los sistemas eléctricos de distribución. La validación de la metodología se realiza en MATLAB tomando como señales de entrada algunos registros de tensión y corriente obtenidos por simulación en ATP-EMTP y utilizando también algunos registros de eventos reales.

The effects on radial distribution networks caused by replacing incandescent lamps with compact fluorescent lamps and LEDs.

Compact fluorescent lamps and high-power light-emitting diodes use an electronic device that injects harmonics into distribution networks, thereby altering power quality levels. This paper shows these lamps' electrical characterisation and the results of a computer simulation of a radial distribution feeder supplying electricity to customers who use this type of harmonic load. The objective was to analyse the effect on distribution systems due to CFLs and LEDs' high penetration.

Las bombillas fluorescentes compactas y los diodos emisores de luz de alta potencia usan un dispositivo electrónico que inyecta armónicos en las redes de distribución, alterando los índices de calidad de la potencia. Este artículo muestra la caracterización eléctrica de este tipo de lámparas y el resultado de la simulación de un circuito de distribución radial que alimenta a consumidores residenciales que utilizan este tipo de cargas armónicas. El objetivo es el de analizar el efecto en los sistemas de distribución debido a la alta penetración de BFCs y LEDs

Developing a PQ monitoring system for assessing power quality and critical areas detection

This paper outlines the development of a power quality monitoring system. The system is aimed at assessing power quality and detecting critical areas throughout at distribution system. Such system integrates a hardware system and a software processing tool developed in four main stages. Power quality disturbances are registered by PQ meters and the data is transmitted through a 3G wireless network. This data is processed and filtered in an open source database. Some interesting statistical indices related to voltage sags, swells, flicker and voltage unbalance are obtained. The last stage displays the indices geo-referenced on power quality maps, allowing the identification of critical areas according to different criteria. The results can be analyzed using clustering tools to identify differentiated quality groups in a city. The proposed system is an open source tool useful to electricity utilities to analyze and manage large amount of data.

Este trabajo propone el desarrollo de un sistema de monitoreo de calidad de potencia, el cual está diseñado para evaluar la calidad de potencia y detectar zonas críticas en un sistema de distribución. Al sistema de monitoreo lo conforman un soporte físico y una herramienta de procesamiento de software, de los que se pueden describir cuatro etapas: Primero, las perturbaciones de calidad de potencia son registradas por medio de un analizador de calidad de potencia y los datos se transmiten por un router inalámbrico que posee tecnología 3G. Segundo, estos datos llegan a un servidor, donde se procesan y filtran mediante una base de datos construida en una herramienta de código abierto. En la tercera etapa se obtienen algunos indicadores estadísticos relacionados con tensiones sags, swells, flicker y desbalance de tensión. La cuarta etapa muestra estos indicadores georreferenciados en un mapa de calidad de potencia, permitiendo la identificación de zonas críticas de acuerdo con diferentes criterios. Los resultados pueden ser analizados utilizando herramientas de agrupamiento a los fines de identificar grupos de calidad de potencia diferenciados en la ciudad. El sistema desarrollado es una herramienta de código abierto que puede ser empleada por compañías eléctricas para analizar y gestionar gran cantidad de información.

Applying FBD-power theory to analysing effective lighting devices' impact on power quality and electric grid efficiency

Currently the impact of high efficient lighting devices such as compact fluorescent lamps (CFL) and light emitting diodes (LED) is an important concern for the electrotechnical community. This paper makes a contribution towards determining the impact of these devices on electric grid power quality and efficiency, proposed by means of applying FBD-power theory to the currents absorbed by CFLs and LEDs. An analysis of the waveform distortion regarding IEEE standard 519 and efficiency detriment quantification are presented.

Actualmente el impacto de los dispositivos de iluminación eficiente tales como Lámparas Compactas Fluorescentes-CFL y Diodos Emisores de Luz-LED representa un interés importante para la comunidad electrotécnica. En este artículo se propone una contribución a la determinación del impacto de tales dispositivos a la calidad de potencia y la eficiencia de una red eléctrica, por medio de la aplicación de la Teoría de Potencia FBD a las corrientes absorbidas por CFL y LED. Se presentan un análisis de la distorsión de la forma de onda con respecto a la norma IEEE 519 y una cuantificación de los detrimentos en la eficiencia.

Implementation of an evolutionary algorithm in planning investment in a power distribution system.

The definition of an investment plan to implement in a distribution power system, is a task that constantly faced by utilities. This work presents a methodology for determining the investment plan for a distribution power system under a short-term, using as a criterion for evaluating investment projects, associated costs and customers benefit from its implementation. Given the number of projects carried out annually on the system, the definition of an investment plan requires the use of computational tools to evaluate, a set of possibilities, the one that best suits the needs of the present system and better results. That is why in the job, implementing a multi objective evolutionary algorithm SPEA (Strength Pareto Evolutionary Algortithm), which, based on the principles of Pareto optimality, it deliver to the planning expert, the best solutions found in the optimization process. The performance of the algorithm is tested using a set of projects to determine the best among the possible plans. We analyze also the effect of operators on the performance of evolutionary algorithm and results..

La definición de un plan de inversiones a realizar en un sistema de distribución, es una tarea a la que constantemente se deben enfrentar las empresas de distribución. Este trabajo, presenta una metodología para la determinación del plan de inversiones en un sistema de distribución, bajo un horizonte de corto plazo, empleando como criterio de evaluación de los proyectos de inversión: los costos asociados y los clientes beneficiados con su ejecución. Dada la cantidad de proyectos que se ejecutan anualmente sobre el sistema, la definición de un plan de inversiones requiere del uso de herramientas computacionales que permitan evaluar, de un conjunto de posibilidades, la que más se ajuste a las necesidades del sistema y mejores resultados presente. Es por esto que dentro del trabajo, se implementa un algoritmo evolutivo multi objetivo SPEA (Strength Pareto EvolutionaryAlgortithm), el cual, basado en los principios de optimalidad de Pareto, entregan al experto en planeación, las mejores soluciones halladas dentro del proceso de optimización, según los objetivos planteados. El desempeño del algoritmo es probado empleando un conjunto de proyectos, hasta determinar los mejores planes de entre los posibles. Se analiza además, el efecto que tienen los operadores evolutivos sobre el desempeño del algoritmo y los resultados del mismo.

Studying and simulating transformer configuration to improve power quality

This paper presents a study and simulation of transformer configurations to improve power quality; it provides theoretical support based on the expansion of the Fourier series and analysis of symmetrical components. A test system was set up in the laboratory, taking measurements and checking configuration effectiveness in reducing the system's harmonic content. The configurations were modelled with PSCAD / EMTDC software, using two 6 pulse rectifiers as test loads and two variable speed drives.

Este artículo presenta el estudio y la simulación de las configuraciones de transformadores para el mejoramiento de la calidad de energía, mostrando el sustento teórico basado en la expansión de las series de fourier y el análisis de las componentes simétricas. Se implementa un sistema de prueba en el laboratorio, realizando mediciones y verificando la efectividad de las configuraciones en la reducción del contenido armónico del sistema. Las configuraciones son modeladas utilizando el software PSCAD/EMTDC empleando como cargas de prueba rectificadores de 6 pulsos, así como variadores de velocidad.

Estimation of voltage sags patterns with k-means algorithm and clustering of fault zones in high and medium voltage grids

This paper proposes k-means clustering algorithm to identify voltage sags patterns and group fault zones with similar impact in high and medium voltage electric. The proposed methodology comprises three stages. First, network modeling and faults simulation were performed in order to get information about voltage sags caused by faults in the transmission system. Voltage sags patterns were identified at the second stage by means of a k-means clustering algorithm, allowing the determination of fault zones. Using the power quality measurements data base of the major electricity utility of Bogotá, voltage sags were classified according to the previously determined voltage sags patterns. At the third stage of the methodology a comparison between simulated and measured sags is performed, allowing the identification of sags caused by faults.

En este artículo se propone el uso del algoritmo K-means para identificar patrones de hundimientos en tensión y agrupar zonas de falla con impacto similar en redes de alta y media tensión. La metodología propuesta comprende tres etapas. Primero, se realiza un modelo de la red de transmisión y distribución y se simula un barrido de todo tipo de fallas, obteniendo información sobre los hundimientos en tensión. En segundo lugar, se identifican patrones de hundimientos en tensión usando el algoritmo k-means y se determinan diferentes zonas de falla para cada uno de los patrones. Finalmente, se usan los patrones encontrados para clasificar información real de hundimientos en tensión registrados en Bogotá y se establecen las zonas de falla para grupos de hundimientos en tensión.

The influence of transformers, induction motors and fault resistance regarding propagation voltage sags: Propagación de Huecos de Tensión: La influencia de transformadores, motores de inducción y resistencias de falla en relación con la propagación de huecos de tensión

This article presents an analysis of voltage sag propagation. The ATPDraw tool was selected for simulating the IEEE 34 node test feeder. It takes into account both voltage sags caused by electrical fault network, as well as voltage sag propagation characteristics caused by induction motor starting and transformer energising. The analysis was aimed at assessing the influence of transformer winding connections, the impedance of these transformers, lines and cables, summarising the effects on disturbance magnitude and phase. The study shows that the influence of an induction motor on voltage sag propagation results in increased voltage sag severity. Voltage sags caused by induction motor starting and transformer energising have no zero-sequence component, so they are only affected by type 3 transformers. The influence of fault resistance on voltage sag magnitude and phase characteristics is examined and some aspects of interest in characterising these electromagnetic disturbances is identified.

En este artículo se presenta el análisis de la propagación de huecos de tensión utilizando como herramienta de simulación el ATPDraw y seleccionando como caso de prueba el IEEE 34 Node Test Feeder. Se tienen en cuenta tanto huecos de tensión originados por fallas de red, como también las características de propagación de huecos de tensión originados por el arranque de motores de inducción y por la energización de transformadores. Se analiza la influencia de la conexión de los devanados de los transformadores, las impedancias de los mismos transformadores, de las líneas y de los cables, sintetizando los efectos sobre la magnitud y fase de la perturbación eléctrica. Como resultados importantes del trabajo se demuestra que la influencia del motor de inducción en la propagación de huecos de tensión resulta en un aumento en la severidad del hueco de tensión en sus terminales, como una respuesta de la máquina para mantener sus condiciones de operación prefalla. Adicionalmente, los huecos de tensión causados por el arranque de motores de inducción y por la energización de transformadores no tienen componente de secuencia cero, por lo cual son afectados únicamente por los transformadores tipo-3. Se demuestra la influencia de las resistencias de falla en las características de magnitud y fase de los huecos de tensión, aspecto que resulta de interés en las caracterizaciones de huecos de tensión

Power Quality Problems Caused by Termites on 138-kV Underground Cables

This paper discusses problems found in the operation of underground cables in the transmission system of CEMIG, with emphasis on insulation failures caused by termites. This problem has been the source of many scheduled and non-scheduled interruptions in later years, leading to significant maintenance costs. Experience with current practices designed to detect and prevent this failure mode is described. It is argued that new procedures are needed for improved on-line, pre-failure detection. Test improvement will hopefully contribute to increase the lifetime of underground cables currently in use, as well as to reduce maintenance costs..

Este artículo discute problemas encontrados en la operación de cables subterráneos en los sistemas de transmisión de CEMIG, con énfasis en las fallas de aislamiento causadas por las termitas. Problema que ha sido la fuente de muchas interrupciones programadas y no programadas en los últimos años, llevando a significantes costos de mantenimiento. Experiencias con las prácticas corrientes planeadas para detectar y prever este modo de falla esta descrito en este trabajo. Se establece que nuevos procedimientos son necesarios para mejorar durante el funcionamiento, la detección prefalla. La mejora de pruebas se espera que contribuya tanto a aumentar la vida útil de los cables subterráneos en operación, como a reducir los costos de mantenimiento.

Contribution of Distributed Generation to Voltage Control

The power system operator must ensure a secure electricity supply, reliable and with quality while maintaining frequency and voltage profiles stable and within the ranges required by the specific regulations for each country. Voltage control and reactive-power management are two aspects of a single activity that both supports reliability and facilitates commercial transactions across transmission networks. Distributed Generation (DG) provides benefits for the voltage control because is located close to consumption centers, as well to helping congestion relief on the transmission and distribution grids. This paper presents an analysis about the pertinence of the implementation of distributed generation systems for voltage control service in the interconnected system in Colombia. This analysis is based through grid simulations in a fraction of the sub-region of the CQR with PowerWorld. The simulation considers low operating voltage levels because of the presence of inductive loads. The results show that by connecting Distributed Generation, voltage level increases and reduce power and reactive losses.

El operador del sistema de potencia debe asegurar un suministro de electricidad seguro, confiable y con calidad mientras mantiene los perfiles de tensión y frecuencia estables y dentro de los rangos requeridos por la regulación específica de cada país. El control de tensión y el manejo de la potencia reactiva son dos elementos de una misma actividad que tiene como fin servir de soporte a la confiabilidad y facilitar las operaciones en las redes de transmisión. La Generación Distribuida (GD) proporciona beneficios para el control de tensión porque se conectada cerca de los centros de consumo y de esta manera ayuda a la congestión en las redes de transmisión y en la redes de distribución. Este artículo presenta un análisis acerca de la pertinencia de la implementación de sistemas de GD para el servicio de control de tensión en el sistema interconectado en Colombia. Este análisis se realizó usando simulaciones con el software PowerWorld en una región del sistema de potencia, específicamente en la región de Caldas, Quindío y Risaralda (CQR). Los resultados de las simulaciones muestran que al conectar GD, los niveles de tensión se incrementan y las pérdidas de potencia activa y reactiva se reducen.

Portable High Voltage Impulse Generator

This paper presents a portable high voltage impulse generator which was designed and built with insulation up to 20 kV. This design was based on previous work in which simulation software for standard waves was developed. Commercial components and low-cost components were used in this work; however, these particular elements are not generally used for high voltage applications. The impulse generators used in industry and laboratories are usually expensive; they are built to with stand extra high voltage and they are big, making them impossible to transport. The proposed generator is portable, thereby allowing tests to be made on devices that cannot be moved from their location. The results obtained with the proposed impulse generator were satisfactory in terms of time and wave forms compared to other commercial impulse generators and the standard impulse wave simulator.

En este trabajo se presenta un generador portátil de impulsos de tensión, diseñado y construido con un aislamiento hasta para 20 kV. El diseño fue basado en un trabajo previo en el cual se desarrolla un software de simulación implementado exclusivamente para ondas de impulso normalizadas. Los componentes empleados fueron en su totalidad de bajo presupuesto, comerciales y algunos generalmente no son usados en alta tensión. Con el generador de impulsos se obtuvieron resultados satisfactorios en cuanto a tiempos y formas de onda, comparados con otros generadores de impulsos comerciales y el simulador de ondas de impulso normalizadas. Los generadores de impulso utilizados en la industria y laboratorios eléctricos son normalmente de gran tamaño, costosos y fabricados para soportar trabajos en extra alta tensión, ocupando demasiado espacio e imposibilitando su transporte. De ahí la importancia de este proyecto, pues siendo portátil facilita realizar pruebas en elementos que no se puedan desplazar de su ubicación.