Transcript Proyecto Fin de Carrera SISTEMA DE CONTROL DE BAJO COSTE
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Proyecto Fin de Carrera
OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE
CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN
LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE
EÓLICO
Autor: Raul Vicastillo Golvano
Director: Joaquín Mur Amada
Ponente: Miguel Samplón Chalmeta
Slide 2
OBJETO Y ALCANCE
Diseño de un sistema
de control de la energía
reactiva, que nos
permita obtener una
retribución económica,
optimizando los bancos
de condensadores y
reactancias.
Slide 3
SISTEMAS DE
COMPENSACIÓN DE ENERGÍA
REACTIVA
Debido a los efectos nocivos de los desfases V-I en sistemas
de corriente alterna, como perdidas o infraestructuras:
• Dispositivos estáticos de compensación fija
Asociación de un banco de condensadores de compensación
Compensación de aplicaciones de carga constante
• Dispositivos estáticos de compensación escalonada
Baterías individuales se conectan y desconectan automáticamente
Regulación discreta, factor de potencia no permanece constante
Se fabrican con carácter exclusivo para una aplicación concreta
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SISTEMAS DE
COMPENSACIÓN DE ENERGÍA
REACTIVA
• Dispositivos estáticos de compensación continua
Baterías individuales combinados con convertidores electrónicos
Suministro de potencia necesaria para mantener fijo el FP
Inconveniente las no linealidades del sistema
Filtros de armónicos, encarecen todavía más su valor
• Dispositivos convertidores de compensación
Convertidores de potencia proporcionan toda la corriente reactiva
VSI´s, convertidores AC-DC o AC-AC
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LOCALIZACIÓN DE LOS
COMPENSADORES DE
POTENCIA REACTIVA EN
PARQUES EÓLICOS
La compensación de una instalación eólica puede
presentarse en:
• Subestación
• Aerogeneradores
• Mixta
Slide 6
OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.2818/1998
• El factor de potencia se computaba mensualmente
• La máxima bonificación era del 4% sobre la potencia
facturada, para FP>0.99
• Se podría ajustar manualmente los últimos días del
mes, por lo que no requería ningún tipo de inversión en
el parque
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según
R.D.436/2004
• Máxima bonificación
de hasta un 8% de la
potencia facturada
Factor de
Potencia
FP<0.95
Inductivo
•El factor de potencia
se computaba cada 15
minutos
• El sistema debe tener
en cuentas periodos
pico, valle o llano
Capacitivo
Retribución (%)
Pico Llano Valle
0.95 ≤FP<0.96
-4
-3
-4
0
8
6
0.96 ≤FP<0.97
-2
0
4
0.97 ≤FP<0.98
-1
0
2
0.98 ≤FP<1.00
0
2
0
1.00
0.98 ≤FP<1.00
0
0
4
2
0
0
0.97 ≤FP<0.98
2
0
-1
0.96 ≤FP<0.97
4
0
-2
0.95 ≤FP<0.96
6
0
-3
FP<0.95
8
-4
-4
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.436/2004
• La clasificación de horas pico, valle o llano en
Aragón
INVIERNO
VERANO
Punta
Llano
Valle
Punta
Llano
Valle
18-22
8-18
0-8
9-13
8-9
0-8
22-24
13-24
•17% en periodos pico
•33% en periodos valle
•50% en periodos llano
}
Bonificación máxima 8%
Bonificación máxima 4%
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.661/2007
• El factor de potencia se computa cada periodo horario
• Porcentaje de bonificación se mantiene de la tabla del
R.D.436/2004, así como la clasificación de periodos
pico, valle o llano
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DESCRIPCIÓN DE LA
REGULACIÓN
Dimensionar el sistema de
compensación, pasos y tamaño de
condensadores y bobinas
Estimar la capacidad de los
bancos de condensadores y
bobinas para un parque
Simular la regulación en un
periodo largo
Obtener como figuras de merito,
la remuneración anual, las
conmutaciones anuales, VAN,
TIR y el tiempo de retorno de la
inversión
Si
Dimensionamiento óptimo
No
OK
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DESCRIPCIÓN DE LA
REGULACIÓN
Consigna de la regulación horaria
• Buscaremos tener el factor de
potencia óptimo para cada tipo
de periodo
FPoptimo=cos optimo
optimo=Arc cos(FPoptimo)
Qoptimo= P* tan
optimo
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DESCRIPCIÓN DE LA
REGULACIÓN
Características especiales del sistema de
bonificación
• La bonificación del control se percibe al final de la hora
•Los actuadores son discretos
•Las bobinas y los condensadores tienen un tiempo medio
de funcionamiento antes de fallar
•La potencia reactiva es proporcional al número de
elementos conectados y al tiempo que están conectados
•El factor de potencia horario depende de la energía activa
generada en la hora
•La consigna , el factor de potencia varía de una hora a otra
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OBTENCIÓN DE LA
BONIFICACIÓN HORARIA
• Calculamos el factor de potencia horario
• Obtenemos, a partir de la tabla, el porcentaje de bonificación
obtenido
•Aplicamos el porcentaje al valor de la energía durante dicha
hora
Slide 14
DISEÑO DE LA REGULACIÓN
1. Predecir las energías horarias
2. Comprobamos si el factor de potencias se encuentra
dentro de la banda admisible
3. En caso negativo, comprobamos si conmutando un
elemento durante el resto de la hora entro en la banda
admisible
4. Actuamos de forma consecuente
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
•
Compararemos una predicción de la potencia reactiva
durante cada hora, con la que sería la potencia reactiva
optima durante dicha hora.
•
Así calcularemos la predicción:
•
t1 y t2 corresponden a la fracción transcurrida y restante
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
•
Dividiremos la regulación en
3, correspondiente a los
diferentes valores de
Qoptimo, según estemos en
periodo pico, valle o llano
•
Calcularemos el error entre Qoptimo y la predicción
•
No somos penalizados siempre y cuando estemos por
encima del Qoptimo en los periodos valle, o por debajo
en los periodos pico.
•
En los periodos llano nos interesa estar lo mas cercano
a una potencia reactiva horaria igual a 0.
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
PERIODOS VALLE
•
Si estamos por debajo del nivel mínimo
•
Si superamos en más de un escalón el nivel
C↓ ó L↑
L↓ ó C↑
PERIODOS PICO
•
Si estamos por encima del nivel máximo
•
Si superamos en mas de un escalón el nivel
L↓ ó C↑
C↓ ó L↑
PERIODOS LLANO
•
Si estamos por debajo del cero
C↓ ó L↑
•
Si superamos en más de un escalón el cero
L↓ ó C↑
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
•
Nos encontramos con un problema cuando trabajamos a
baja potencia.
•
Lo solucionaremos haciendo que la banda de histéresis
sea inversamente proporcional a la potencia activa.
•
Resultados genéricos con condensadores e inductancias
CONDENSADORES
BOBINAS
6
4
inductancias Qoptimo
condensadores Qoptimo
4
2
0
2
2
0
2
4
4
0
1
2
3
4
Dia
5
6
7
0
1
2
3
4
Dia
5
6
7
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OPTIMIZACIÓN DE LOS BANCOS
1. Realizar una tabla de con el numero y los tamaños de los
bancos y deducir cuales son los casos mas razonables a
priori.
2. De estos casos mas razonables, calcularemos una serie
de parámetros que nos indicaran cual es el caso mas
adecuado.
Bonificación adicional
Conmutaciones anuales
VAN
TIR
Tiempo de retorno de la inversión
3. Seleccionaremos el dimensionamiento óptimo
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MEJORAS EN LA
PROGRAMACIÓN
•
Regulación vectorial
•
Interpolación del registro de datos
•
Posibilidad de predicción por persistencia o por tendencia
•
Visualización en tablas de los cálculos economicos
Regulación secuencial
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ESTUDIO DEL PARQUE 1
•
Parque de 50 MW
•
Comenzamos fijando
un valor lo de los
bancos de
condensadores
•
Deducimos el
dimensionamiento
óptimo de los bancos
de inductancias
•
El dimensionamiento
seleccionado será 1
escalón de 0.2
Slide 22
ESTUDIO DEL PARQUE 1
•
Determinamos el dimensionamiento de los condensadores
VAN
•
Conmutaciones
TIR
El dimensionamiento óptimo para los bancos de
condensadores será de 2 escalones de 0.3
Slide 23
ESTUDIO DEL PARQUE 1
•
Coste inicial de la instalación 125000 €
•
Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
regulación para el método de la persistencia y la tendencia
•
Los dos modelos son completamente validos
•
En este parque aplicaremos el método de predicción por
tendencia
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ESTUDIO DEL PARQUE 2
•
Parque de 25 MW
•
El dimensionamiento óptimo de los bancos de
inductancias será de 1 escalón de 0.3
VAN
•
Conmutaciones
TIR
El dimensionamiento óptimo para los bancos de
condensadores será de 2 escalones de 0.3
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ESTUDIO DEL PARQUE 2
•
Coste inicial de la instalación 133125 €
•
Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
regulación para el método de la persistencia y la tendencia
•
Los dos modelos son completamente validos
•
En este parque aplicaremos el método de predicción por
persistencia
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ESTUDIO DEL PARQUE 3
•
Parque de 50 MW
•
El dimensionamiento óptimo de los bancos de
inductancias será de 1 escalón de 0.2
VAN
•
Conmutaciones
TIR
El dimensionamiento óptimo para los bancos de
condensadores será de 2 escalones de 0.3
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ESTUDIO DEL PARQUE 3
•
Coste inicial de la instalación 125000 €
•
Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
regulación para el método de la persistencia y la tendencia
•
Los dos modelos son completamente validos
•
En este parque aplicaremos el método de predicción por
tendencia
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Proyecto Fin de Carrera
OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE
CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN
LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE
EÓLICO
Autor: Raul Vicastillo Golvano
Director: Joaquín Mur Amada
Ponente: Miguel Samplón Chalmeta
Proyecto Fin de Carrera
OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE
CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN
LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE
EÓLICO
Autor: Raul Vicastillo Golvano
Director: Joaquín Mur Amada
Ponente: Miguel Samplón Chalmeta
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OBJETO Y ALCANCE
Diseño de un sistema
de control de la energía
reactiva, que nos
permita obtener una
retribución económica,
optimizando los bancos
de condensadores y
reactancias.
Slide 3
SISTEMAS DE
COMPENSACIÓN DE ENERGÍA
REACTIVA
Debido a los efectos nocivos de los desfases V-I en sistemas
de corriente alterna, como perdidas o infraestructuras:
• Dispositivos estáticos de compensación fija
Asociación de un banco de condensadores de compensación
Compensación de aplicaciones de carga constante
• Dispositivos estáticos de compensación escalonada
Baterías individuales se conectan y desconectan automáticamente
Regulación discreta, factor de potencia no permanece constante
Se fabrican con carácter exclusivo para una aplicación concreta
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SISTEMAS DE
COMPENSACIÓN DE ENERGÍA
REACTIVA
• Dispositivos estáticos de compensación continua
Baterías individuales combinados con convertidores electrónicos
Suministro de potencia necesaria para mantener fijo el FP
Inconveniente las no linealidades del sistema
Filtros de armónicos, encarecen todavía más su valor
• Dispositivos convertidores de compensación
Convertidores de potencia proporcionan toda la corriente reactiva
VSI´s, convertidores AC-DC o AC-AC
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LOCALIZACIÓN DE LOS
COMPENSADORES DE
POTENCIA REACTIVA EN
PARQUES EÓLICOS
La compensación de una instalación eólica puede
presentarse en:
• Subestación
• Aerogeneradores
• Mixta
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.2818/1998
• El factor de potencia se computaba mensualmente
• La máxima bonificación era del 4% sobre la potencia
facturada, para FP>0.99
• Se podría ajustar manualmente los últimos días del
mes, por lo que no requería ningún tipo de inversión en
el parque
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según
R.D.436/2004
• Máxima bonificación
de hasta un 8% de la
potencia facturada
Factor de
Potencia
FP<0.95
Inductivo
•El factor de potencia
se computaba cada 15
minutos
• El sistema debe tener
en cuentas periodos
pico, valle o llano
Capacitivo
Retribución (%)
Pico Llano Valle
0.95 ≤FP<0.96
-4
-3
-4
0
8
6
0.96 ≤FP<0.97
-2
0
4
0.97 ≤FP<0.98
-1
0
2
0.98 ≤FP<1.00
0
2
0
1.00
0.98 ≤FP<1.00
0
0
4
2
0
0
0.97 ≤FP<0.98
2
0
-1
0.96 ≤FP<0.97
4
0
-2
0.95 ≤FP<0.96
6
0
-3
FP<0.95
8
-4
-4
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.436/2004
• La clasificación de horas pico, valle o llano en
Aragón
INVIERNO
VERANO
Punta
Llano
Valle
Punta
Llano
Valle
18-22
8-18
0-8
9-13
8-9
0-8
22-24
13-24
•17% en periodos pico
•33% en periodos valle
•50% en periodos llano
}
Bonificación máxima 8%
Bonificación máxima 4%
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN
EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.661/2007
• El factor de potencia se computa cada periodo horario
• Porcentaje de bonificación se mantiene de la tabla del
R.D.436/2004, así como la clasificación de periodos
pico, valle o llano
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DESCRIPCIÓN DE LA
REGULACIÓN
Dimensionar el sistema de
compensación, pasos y tamaño de
condensadores y bobinas
Estimar la capacidad de los
bancos de condensadores y
bobinas para un parque
Simular la regulación en un
periodo largo
Obtener como figuras de merito,
la remuneración anual, las
conmutaciones anuales, VAN,
TIR y el tiempo de retorno de la
inversión
Si
Dimensionamiento óptimo
No
OK
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DESCRIPCIÓN DE LA
REGULACIÓN
Consigna de la regulación horaria
• Buscaremos tener el factor de
potencia óptimo para cada tipo
de periodo
FPoptimo=cos optimo
optimo=Arc cos(FPoptimo)
Qoptimo= P* tan
optimo
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DESCRIPCIÓN DE LA
REGULACIÓN
Características especiales del sistema de
bonificación
• La bonificación del control se percibe al final de la hora
•Los actuadores son discretos
•Las bobinas y los condensadores tienen un tiempo medio
de funcionamiento antes de fallar
•La potencia reactiva es proporcional al número de
elementos conectados y al tiempo que están conectados
•El factor de potencia horario depende de la energía activa
generada en la hora
•La consigna , el factor de potencia varía de una hora a otra
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OBTENCIÓN DE LA
BONIFICACIÓN HORARIA
• Calculamos el factor de potencia horario
• Obtenemos, a partir de la tabla, el porcentaje de bonificación
obtenido
•Aplicamos el porcentaje al valor de la energía durante dicha
hora
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
1. Predecir las energías horarias
2. Comprobamos si el factor de potencias se encuentra
dentro de la banda admisible
3. En caso negativo, comprobamos si conmutando un
elemento durante el resto de la hora entro en la banda
admisible
4. Actuamos de forma consecuente
Slide 15
DISEÑO DE LA REGULACIÓN
•
Compararemos una predicción de la potencia reactiva
durante cada hora, con la que sería la potencia reactiva
optima durante dicha hora.
•
Así calcularemos la predicción:
•
t1 y t2 corresponden a la fracción transcurrida y restante
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
•
Dividiremos la regulación en
3, correspondiente a los
diferentes valores de
Qoptimo, según estemos en
periodo pico, valle o llano
•
Calcularemos el error entre Qoptimo y la predicción
•
No somos penalizados siempre y cuando estemos por
encima del Qoptimo en los periodos valle, o por debajo
en los periodos pico.
•
En los periodos llano nos interesa estar lo mas cercano
a una potencia reactiva horaria igual a 0.
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
PERIODOS VALLE
•
Si estamos por debajo del nivel mínimo
•
Si superamos en más de un escalón el nivel
C↓ ó L↑
L↓ ó C↑
PERIODOS PICO
•
Si estamos por encima del nivel máximo
•
Si superamos en mas de un escalón el nivel
L↓ ó C↑
C↓ ó L↑
PERIODOS LLANO
•
Si estamos por debajo del cero
C↓ ó L↑
•
Si superamos en más de un escalón el cero
L↓ ó C↑
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DISEÑO DE LA REGULACIÓN
•
Nos encontramos con un problema cuando trabajamos a
baja potencia.
•
Lo solucionaremos haciendo que la banda de histéresis
sea inversamente proporcional a la potencia activa.
•
Resultados genéricos con condensadores e inductancias
CONDENSADORES
BOBINAS
6
4
inductancias Qoptimo
condensadores Qoptimo
4
2
0
2
2
0
2
4
4
0
1
2
3
4
Dia
5
6
7
0
1
2
3
4
Dia
5
6
7
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OPTIMIZACIÓN DE LOS BANCOS
1. Realizar una tabla de con el numero y los tamaños de los
bancos y deducir cuales son los casos mas razonables a
priori.
2. De estos casos mas razonables, calcularemos una serie
de parámetros que nos indicaran cual es el caso mas
adecuado.
Bonificación adicional
Conmutaciones anuales
VAN
TIR
Tiempo de retorno de la inversión
3. Seleccionaremos el dimensionamiento óptimo
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MEJORAS EN LA
PROGRAMACIÓN
•
Regulación vectorial
•
Interpolación del registro de datos
•
Posibilidad de predicción por persistencia o por tendencia
•
Visualización en tablas de los cálculos economicos
Regulación secuencial
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ESTUDIO DEL PARQUE 1
•
Parque de 50 MW
•
Comenzamos fijando
un valor lo de los
bancos de
condensadores
•
Deducimos el
dimensionamiento
óptimo de los bancos
de inductancias
•
El dimensionamiento
seleccionado será 1
escalón de 0.2
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ESTUDIO DEL PARQUE 1
•
Determinamos el dimensionamiento de los condensadores
VAN
•
Conmutaciones
TIR
El dimensionamiento óptimo para los bancos de
condensadores será de 2 escalones de 0.3
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ESTUDIO DEL PARQUE 1
•
Coste inicial de la instalación 125000 €
•
Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
regulación para el método de la persistencia y la tendencia
•
Los dos modelos son completamente validos
•
En este parque aplicaremos el método de predicción por
tendencia
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ESTUDIO DEL PARQUE 2
•
Parque de 25 MW
•
El dimensionamiento óptimo de los bancos de
inductancias será de 1 escalón de 0.3
VAN
•
Conmutaciones
TIR
El dimensionamiento óptimo para los bancos de
condensadores será de 2 escalones de 0.3
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ESTUDIO DEL PARQUE 2
•
Coste inicial de la instalación 133125 €
•
Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
regulación para el método de la persistencia y la tendencia
•
Los dos modelos son completamente validos
•
En este parque aplicaremos el método de predicción por
persistencia
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ESTUDIO DEL PARQUE 3
•
Parque de 50 MW
•
El dimensionamiento óptimo de los bancos de
inductancias será de 1 escalón de 0.2
VAN
•
Conmutaciones
TIR
El dimensionamiento óptimo para los bancos de
condensadores será de 2 escalones de 0.3
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ESTUDIO DEL PARQUE 3
•
Coste inicial de la instalación 125000 €
•
Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
regulación para el método de la persistencia y la tendencia
•
Los dos modelos son completamente validos
•
En este parque aplicaremos el método de predicción por
tendencia
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Proyecto Fin de Carrera
OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE
CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN
LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE
EÓLICO
Autor: Raul Vicastillo Golvano
Director: Joaquín Mur Amada
Ponente: Miguel Samplón Chalmeta