05 - Power Electronics

Report
BOMBEO SOLAR
Marzo 2014
1
Introducción SD700 SP
2
Modo de Operación
3
Introducción FV
4
Introducción Hidráulica
5
Bombas sumergibles
6
SD700SP LCoW
7
SD700SP Informe del pedido
8
SD700SP Ejemplo
01 Introducción / ¿Qué es el bombeo solar?
¿ QUÉ ES EL BOMBEO SOLAR?
El bombeo solar es la propulsión de bombas con la energía generada por el parque solar
fotovoltaico
01 Introducción/ Topología SD700SP
TOPOLOGÍA SD700SP
01 Introducción / Topología SD700SP
TOPOLOGÍA SD700 SP
Variador SD700SP
Seccionador AC
Seccionador DC
Fusibles AC
Fusibles DC
Conexiones
02 Modos de Operación
MODOS DE OPERACIÓN
 ASISTIDO: SD700SP está conectado al parque FV y a la red simultáneamente. El
aporte fotovoltaico se aprovecha integralmente.
 AISLADO: SD700SP está conectado sólo al parque fotovoltaico y genera la potencia
necesaria para propulsar el motor de la bomba. El arranque del motor dependerá de la
potencia mínima de operación del sistema.
SÓLO RED: SD700SP opera sólo con conexión a la red durante el bombeo nocturno y
durante labores de mantenimiento del parque FV.
En ninguno de los casos el parque FV interactúa con la red eléctrica debida al puente de
diodos unidireccional existente.
02 Modos de Operación / Asistido
MODO OPERACIÓN: ASISTIDO
02 Modos de Operación/ Aislado y conectada a red
MODO OPERACIÓN: AISLADO
Mínima potencia de
operación de la instalación
(30Hz-50Hz)
Máxima potencia instalación
(50Hz)
03 Introducción Fotovoltaica
PANEL FOTOVOLTAICO
03 Introducción Fotovoltaica
PANEL FOTOVOLTAICO
03 Introducción Fotovoltaica
DISEÑO MANUAL - CAMPO FOTOVOLTAICO
Paneles en Serie - Definir Máxima Tensión Circuito Abierto VCA y VMPPT
 Máxima Tensión Circuito Abierto Vca :
 Máxima Tensión MPPt:
< 900Vcc
< √2 · 400V = 565Vcc
V CA = #Serie x Vca (25ºC) x [1+ At (TminºC - 25ºC ) x Coef Vca (Tº))]
V CA = 17x 45VCA +[1+ ((- 33ºC) x ( - 0.0033/ºC))] = 898 Vcc < 900Vcc
V MPPT = #Serie x VMPPT (25ºC) x [1+ At (TminºC - 25ºC ) x Coef VMPPT (Tº))]
V MPPt = 17x 35.5VCA +[1+ ((- 33ºC) x ( - 0.0045/ºC))] = 733 Vcc > 565Vcc ¡Alerta! [1]
Paneles en paralelo - Definir Máxima Corriente cortocircuito Icc:
 Máxima Corriente CC:
< 200A (Talla 3 SD700SP-CU)
ICC = #String x ICC (25ºC) x [1+ At (TmaxºC - 25ºC ) x Coef ICC (Tº))]
ICC = 22 x 8.35A x [1+ (20ºC) x ( 0.0006/ºC))] = 185A < 200A
Potencia Pico del Parque- PMPPT:
 Máxima Potencia Pico (kWp): 1.5
Tmin (location) = -8ºC
PAC (SD7SP0115 5) = 75kW
Tmax (location) = 42ºC
PMPPT = #String x #Serie x PMPPT = 17 x 22 x 280 = 104kWp
AC:DC = 104kWp/75kW = 1.38
[1] Vmppt elevada puede causar daños en el motor consulte Power Electronics
sobre limitaciones de instalación.
04 Introducción Hidráulica
VSD CONTROL
La variación de velocidad en grupos de bombeo proporciona beneficios únicos de control
y regulación. El variador de velocidad modifica la curva característica de la bomba
adaptándola a los requerimientos del sistema. Las bombas centrifugas, se rigen por las
leyes de afinidad. De forma teórica, la reducción de la potencia hidráulica está
relacionada con el cubo de la velocidad, por ejemplo una reducción del 20% en la
velocidad generaría un ahorro de superior al 47%.
04 Introducción Hidráulica
CONTROL VÁLVULA VS VARIADOR DE VELOCIAD - DESCRIPCCIÓN
P50  100kW
80
P40  P50
 40 


 50 
3
3
 51 .2kW
Head in m H2O
P35
80
Altura en m H2O
1Xn
1Xn
CAUDAL
70
50
40
30
0.9 X n
Altura estática 20 metros
60
0.8 X n
0.7 X n
0.6 X n
90%
80%
70%
60%
50%
100%
70
60
50
40
30
0.5 X n
0.9 X n
0.8 X n
0.7 X n
0.6 X n
0.5 X n
20
20
0.4 X n
0.4 X n
H-Q
curves
10
0
 35 
 P50  
  34.3kW
 50 
20
10
50%
Curvas H-Q
30
100%
Curvas sistema
10
Q Caudal
m3/min
0
10
50%
20
100%
30
04 Introducción Hidráulica
VARIACIÓN DEL RENDIMIENTO Y POTENCIA DE LA BOMBA
CON LA VARIACIÓN DE VELOCIDAD
80
1Xn
30%
50%
70
60%
N = 1480
RPM
70%
80%
0.9 X n
85%
87%
60
50
88%
87%
85%
0.8 X n
80%
0.7 X n
40
30 0.6 X n
20
0.5 X n
Curvas Rendimiento
0.4 X n
Curvas H – Q
Curvas de Sistema
10
0
10
20
30
40
Q caudal
m3/min
04 Introducción Hidráulica
Altura (bar)
Altura (bar)
MÍNIMA FRECUENCIA DE ARRANQUE Y MÍNIMA TENSIÓN MPP
CURVA -A
50 Hz
40 Hz
Altura Min.
30 Hz
CURVA -B
50 Hz
40 Hz
30 Hz
20 Hz
Altura Min.
Q (m3)
 Curvas con gran pendiente ofrecen buena regulación y una
menor frecuencia de arranque
 Mejor regulación genera mayor ahorro
20
2 = 1 ·
50
3
= 1 · 0.064
Q (m3)
 Curvas planas ofrecen peor regulación y mayores
frecuencias de arranque
 El ahorro energético está limitado por el rango de regulación
40
2 = 1 ·
50
3
= 1 · 0.512
05 Bombas Sumergibles
TOPOLOGÍA BOMBA SUMERGIBLE
Impulsión de agua
Eje bomba
Rodetes
Camisa de refrigeración
Toma de agua
Camisa motor
Motor
Cojinete axial
05 Bombas Sumergibles
CONSIDERACIONES BOMBAS SUMERGIBLES




TIPO Y LONGITUD DE CABLE A MOTOR
REFRIGERACIÓN BOMBA
REFRIGERACIÓN COJINETE AXIAL
CONFIGURACIÓN VARIADOR
05 Bombas Sumergibles
SD700 – TIPO DE CABLE RECOMENDADO
Deseado - Hasta 300m
Compatible – Hasta150m
05 Bombas Sumergibles
FORMA DE ONDA FLANCO TENSIÓN
NO TODOS SON IGUALES
Competidores
SD700 ESTÁNDAR
05 Bombas Sumergibles
Tensión de pico (kV)
MÁXIMA TENSIÓN DE PICO ADMISIBLE CURVAS EN TERMINALES MOTOR AC
2.4
IEC 60034-25 Curva B
(sin filtros con motores
hasta 690V AC)
2.0
NEMA MG1 Pt31
en redes a 600V
1.6
1.2
20m
0.8
1.86kV
IEC 60034-25 Curva A
(sin filtros con motores hasta 500V AC)
1.56kV
IEC 60034-17
1.35kV
1.24kV
200m
100m
50m
30m
2.15kV
NEMA MG1 Pt31
red de 400V
10m
Ejemplo test SD700 con cable de
cobre reforzado de 415V
0.4
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Tiempo de subida (µs)
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
05 Bombas Sumergibles
REFRIGERACIÓN DE BOMBA
Entrada de
agua

T (ºC)
camisa de la bomba
Q (m3/s)

Velocidad refrigeración- V (m/s)
Mantener una velocidad de agua mínima alrededor de la
Vc = 0.08…0.5 m/s ( consulte fabricante)
La capacidad de refrigeración depende:
•
Temperatura y propiedades del agua
•
Geometría de la bomba y camisa
•
Carga del motor
•
Well
geometry
AUMENTA
CAP. REFRIGERACIÓN
REDUCE CALOR GENERADO
Baja temperatura de agua (ºC)
Menor carga de la bomba (AP)
Mayor flujo de agua (Q)
Reducción velocidad bomba (Hz)
Mayor diámetro de motor (mm)
Dp
Mayor coeficiente convección (W/mm2)
Dw
Forma del pozo y acuífero
Menor factor entre el diámetro del pozo respecto el
diámetro de la bomba
05 Bombas sumergibles
REFRIGERACIÓN COJINETE AXIAL

Las bombas equipadas con cojinete axial necesitan un
caudal mínimo (15-30% de Qn) para crear una fina capa

de lubricación
La capa de lubricación asegura la refrigeración del
rodamiento y reduce la fricción entre las partes fijas.
Capa de lubricación
05 Bombas sumergibles
VSD OPERACIÓN Y AJUSTE
SI
SI
Cuanto tarda en vaciarse la tubería?
- Arranque suave tras el vaciado de la
tubería.
- Paro suave para eliminar el golpe de ariete.
Existen orificios
de alivio de
agua?
NO
Arranque y paro con tubería llena
(Arranque en carga)- CASO 1
1
Existe válvula antiretorno en la
bomba?
SI
NO
Arranque en vacío hasta la
válvula y rápido transitorio
posterior - CASO 3
3
Existe una válvula
anti-retorno en la
base del pozo?
NO
Arranque y paro suave– CASO
2
2
05 Bombas sumergibles
ARRANQUE Y PARO CON TUBERÍA LLENA
Altura (bar)
1
Min Altura
50Hz
Min Altura - AP
40Hz
30Hz
20Hz
10Hz
Q min (refrigeración cojinete axial)
Velocidad bomba (Hz)
Bomba
50
Rampa lenta
- Rango control de caudal
- Reducción de impulsión de
arena.
Q (m3)
Instalación
Rampa lenta
Control golpe de
ariete
40
30
20
10
Rampa rápida
Parada de bomba
Rampa rápida
– Mínimo caudal
Tiempo (s)
0
2s
4s- 7200s
30s
1s
05 Bombas sumergibles
ARRANQUE Y PARO EN VACIO
Altura (bar)
2
Min Altura
50Hz
Min Altura - AP
40Hz
30Hz
20Hz
10Hz
Q min (Refrigeración cojinete axial)
Velocidad bomba (Hz)
Bomba
Rampa rápida
– Mínimo caudal
50
Rampa lenta
- Rango control de caudal
- Reducción de impulsión de arena.
Q (m3)
Instalación
Rampa lenta
Control golpe de
ariete
40
30
20
10
4s- 7200s
4s- 7200s
Tiempo(s)
0
1s
1sec
05 Bombas sumergibles
ARRANQUE Y PARO EN VACIO CON TRANSITORIO
Altura (bar)
3
Altura Instalación
Min Altura
50Hz
Min Altura- AP
40Hz
30Hz
20Hz
10Hz
Q min (Refrigeración cojinete axial)
Velocidad bomba (Hz)
Bomba
Rampa rápida
– Mínimo caudal
50
Q (m3)
Instalación
Rampa lenta
- Rango control de caudal
- Reducción de impulsión de
arena.
Rampa lenta
Control golpe de ariete
40
Rápida rampa de transitorio
– Apertura de válvula anti-retorno
30
20
10
Time (s)
4s- 7200s
0
1s
4s- 7200s
1s
4s- 7200s
1sec
06 SD700SP LCoW / Sólo Red
SD700SP Sólo Red
 Sistema hidráulico:
o Potencia de la bomba:
15kW - 200kW (T3, T4, T5) > Consultar
o Voltaje/line de la bomba:
Desde 230Vac hasta 400Vac.
o Frecuencia Mín (Hz):
Sin restricción
o Potencia Mín(kW):
Sin restricción
 Dimensionamiento de la Planta Fotovoltaica:
o Max DC Tensión:
900Vdc
o MPP tracking:
No, Tensión DC fija
o MPPt rango:
Vmppt = sqrt(2) · Vac + 5V
Vmppt_230Vac= 1.41 · 230 +5V = 329V
Vmppt_400Vac= 1.41 · 400 +5V= 569V
o Potencia arranque:
Sin restricción
o Maxima corriente Icc
Función de la talla
 Resultado:
 Ahorro de Energía:
kWh/ por año
 Gas/ Electricidad coste:
€
06 SD700SP LCoW / Asistido
SD700SP Asistido
 Sistema Hidráulico:
o Potencia de la bomba:
Desde 15kW - 200kW (T3, T4, T5)
o Tensión bomba/línea:
Desde 230Vac hasta 440Vac.
o Frecuencia Mín(Hz):
Requerida. Modelo sistema hidráulico
o Potencia Mín (kW):
Requerida. Modelo sistema hidráulico
 Dimensionamiento sistema solar:
o Tensión Máx DC:
900Vdc
o Seguimiento MPP :
Si
o Potencia arranque:
Min Potencia(kW)
 Resultados:
o Potencia (kW):
kW Valores horarios (Herramienta PV sys)
o Consumo especifico:
Múltiples valores – Depende de curva de arranque.
06 SD700SP LCoW / Dimensionado PV
SD700SP Asistido/ Hydraulic Sizing- Bombeo contra pozo
Power PCA – Caudal de trabajo
 Determina la altura (m) del sistema
 Determine el caudal del sistema deseado (m3/min)
 Seleccione la bomba considerando la altura y
caudal
 Seleccione el SD700SP acorde al rango de
potencia de la bomba.
 Genere un nuevo proyecto en Power PCA
 Seleccione el modo: Alta Precisión
 Introducir los puntos en la curva (P vs Q)
 Introduzca curvas características de eficiencia ( Eff
vs Q)
 Seleccione: caudal variable y la altura constante
 Determine Q mínimo
 Introduce diferentes valores de Q (incluido Q min)
 Guarde los valores en XLS
Supuestos:
Frecuencia Mín. (42.5Hz)
Potencia Mín.(25kW)
80
1Xn
30%
50%
70
60%
Caudal nominal, altura y potencia
de la Bomba y Selección del SD700SP
N = 1480
RPM
70%
80%
0.9 X n
85%
87%
60
50
88%
87%
85%
0.8 X n
80%
0.7 X n
40
30
20
0.6 X n
0.5 X n
Curvas de Eficiencia
0.4 X n
Curva H – Q
Curva Sistema
10
0
 Pérdidas en tuberías y en válvulas no consideradas..
 Comportamiento de la bomba de acuerdo a las leyes de afinidad
 Altura constante, se considera que no hay variación de nivel
Más exactitud requiere software adicional
10
20
30
40
Caudal Mín: (5 m3/min)
Depende de la refrigeración de la
bomba.
Q Caudal
m3/min
06 SD700SP LCoW / Dimensionado PV
SD700SP Asistido/ Dimensionado PV
PV Sys – Caudal de Trabajo
 Seleccione Diseño de Proyecto – Conexión de red
 Abra un modelo de inversor actual
 Introduzca Vmin en Mínima tensión MPP,
dependiendo de las limitaciones hidráulicas ( ver la
siguiente diapositiva)
 Introduzca Pmin en umbral de potencia. (debe
aparecer mensaje de error)
 No hay límite del nº de entradas DC o DC/AC
ratio.
 Seleccione Eficiencia= f(P out) y observe que la s
curvas de eficiencia están listas
 Seleccione la distribución cadena adecuada para
maximizar la producción foto0voltaica.
P salida
Eff (%)
0%
0
10%
96.5%
30%
98.0%
50%
98.2%
70%
98.6%
90%
98.5%
100%
98.5%
06 SD700SP LCoW / PV sizing
SD700SP Asistido / PV rendimieto
Sensor de
radiación
Tensión mínima
Mínima potencia
06 SD700SP Informe de pedido
SD700SP Informe de pedido
Proyecto
Bomba
Localización
Control y Aplicación
Solar Pumping Project
Bomba sumergible
Egipto
[Pozos de almacenamiento, lago/río para almacenamiento,presurización,]
Otra información
[Informe de la planta fotovoltaica, Curvas de fabricaciión de la bomba, informe Power PCA, otros estudios]
: -10ºC
: +45ºC
: IP54 Instalación Indoor
:4
SD7SP _ _ _ _ 55 S
_ _ _A
_ _ _kW
Sí
: [Diesel Genset, Grid-connected ]
Potencia
: 75 _ kW
Tensión
: 380 _ Vac
Corriente
: 165_ A
Temperatura Mín. Ambiente
Temperatura Máx. Ambiente
Grado de Protección
Unidades
Número de Referencia
Corriente nominal
Potencia Motor hasta
Fuente de Alimentación AC
Datos del Motor
Datos de la planta
Primer Nivel
Segundo Nivel
AC Power Supply Protections (if needed)
Sensor Irradiación
Señales E/S
Comunicación
Pulsadores de puertas
Pilotos de la puertas
Resistencias eléctricas
Hygrostat
Panel tipo
: BYD 255 6C
Nº de paneles en serie
: 24
Nº of String por caja
: 22
Desconexión en carga
: SÍ
Combiner box fuse rating
: 12A
Número de combinación de cajas
:3
Fusible protección
50A
Disconector en carga
: YES
Desconector en carga AC
: YES
Fusibles de Protección de Semiconductores AC
: YES
:
:Included
6 DI, 3 DO, 2 AI, 2AO, 1 PTC, 1 PT100. (Other available under request)
: RS485 – Modbus RTU
: Opcional
: Opcional
: Opcional
: Opcional
06 SD700SP Ejemplo
SD700SP Caso de estudio T4
• Bomba:
1x 110kW
• SD700SP:
1x SD7SP Talla 3
• Accesorios:
• Seccionador AC
• Seccionador DC
• fusibles DC dimensión planta PV
06 SD700SP Ejemplo
SD700SP Caso de estudio
• Bomba:
3x 55kW
• SD700SP:
1x SD7SP Talla 3
• Accesorios:
• Seccionador AC
• Seccionador DC
• fusibles DC dimensión planta PV
POWER ELECTRONICS
Gracias por su atención
Para más información visite nuestra página:
www.power-electronics.com

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