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Por: Abiel Jiménez. Foto: Martín Cabrera.

En el Campus San Juan del Río, investigadores del área de Mecatrónica de la Facultad de Ingeniería fabrican y validan estimadores fasoriales que determinan magnitud, fase y frecuencia de voltaje y de corriente para obtener información confiable de micro-redes eléctricas; esta tecnología está orientada a evitar fallas en la red de suministro, es más económica y es reconfigurable para atender las necesidades del usuario.

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

Por su parte, las micro-redes eléctricas son pequeños centros de generación distribuida, es decir, energía proveniente de muchas pequeñas fuentes (desde algunos kilowatts hasta megawatts), las cuales pueden operar de forma aislada o conectadas a la red pública. El ahorro de energía, la reducción de costos, la integración de fuentes renovables y una mayor calidad del suministro son algunas de las ventajas que tienen.

Sin embargo, la interacción entre las fuentes de energía y las cargas eléctricas puede ser un obstáculo, ya que, por ejemplo, no hay una constante cantidad de viento o radiación solar diariamente, entre otros cambios. Esto puede generar variaciones en el comportamiento de las micro-redes y provocar daños o interrupciones en el suministro; por ello, es necesario que los sistemas de control y protección sean de mejor calidad, más inmunes a las perturbaciones armónicas y que obtengan información confiable.

Con el fin de atacar esta problemática, el Dr. Valtierra Rodríguez conformó un equipo de trabajo integrado por José Roberto Razo Hernández y Arturo Mejía Barrón, estudiantes del Doctorado en Mecatrónica; y Salvador Zaid Hernández Michel y Uriel Hernández Osornio, alumnos de la Maestría en Ciencias Mecatrónica, ambos posgrados ofertados en el Campus San Juan del Río de la Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ).

Para la validación de los algoritmos desarrollados, los investigadores integraron los estimadores fasoriales sincronizados con fuentes de energía renovable: un panel fotovoltaico de 500 watts y un aerogenerador de 400 watts; fuentes de energía alternativa: un generador a gasolina de 3500 watts, así como transformadores de 3kVA, motores eléctricos de 1 y 2 caballos de fuerza y luminarias de distintas potencias.

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

El Dr. Valtierra Rodríguez precisó que los estimadores fasoriales o unidades de medición fasorial únicamente son accesibles y están en uso por la Comisión Federal de Electricidad. Sin embargo, no están diseñados para incluir nuevas tecnologías y, por lo tanto, no pueden dar soporte a las necesidades actuales del sistema eléctrico nacional. Por su parte, en el mercado ya existen equipos comerciales pero su costo es elevado y son de arquitectura cerrada, es decir, no se pueden modificar o agregar funcionalidades.

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

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

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

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