Alejandro Garcés Ruiz. Universidad Tecnológica de Pereira
[email protected] https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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1
Justificación
Tecnologías
Operación de Micro-redes
Micro-redes en DC
Zonas no interconectadas
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2
Cargas
Generación
Sistemas Aislados Frecuencia y tensión independientes !
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3
Grandes centros de consumo
Grandes centros de generación
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4
Sistema Interconectado: • Eficiencia • Confiabilidad • Grandes generadores
Generación
Distribución Transmisión https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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5
Termo
Hidro
No hay una única solución https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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6
Inversion Operación
Combustible
Carbon
Ciclo
Eólica
PV
Hydro
Combinado http://www.eia.gov/forecasts/aeo/electricity_generation.cfm https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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7
Wind
Wave Termo Wave
Solar Hidro HidroK
No hay una única solución https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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8
Wind
Wave Termo Wave
Solar Hidro HidroK
Complementariedad durante el fenómeno de El Niño No hay una única solución https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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9
Imagen tomada de http://mauinow.com
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10
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11
FACTS HVDC MERCADO DESPACHOS
SCADA PMUS
EÓLICA SOLAR UNDIMOTRIZ
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REGULACIÓN CONTINGENCIAS ESTABILIDAD
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Integración de las energías renovables
Integración de los vehículos eléctricos
Automatización de la distribución
Gestión de la demanda
Confiabilidad, calidad de la energía,
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13
Tecnología
Oportunidad
Reto
Reducción emisiones
Variabilidad del recurso
Almacenamiento, Reducción de emisiones
Manejo de la demanda
Renovables
Vehículos eléctricos
Tecnologías de almacenamiento
Aplanar la curva de demanda https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
Costos, regulación
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Tecnología
Oportunidad
Reto
Reducción emisiones
Variabilidad del recurso
Almacenamiento, Reducción de emisiones
Manejo de la demanda
Renovables
Vehículos eléctricos
Tecnologías de almacenamiento
Aplanar la curva de demanda https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
Costos, regulación
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16
Control Local Concentrador
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17
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18
www.utp.edu.co/hidroclimatologica
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19
Baterias
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Centrales de bombeo
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20
1 2 𝐸= 𝐶𝑉 2 https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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22
AC AC
1 2 𝐸 = 𝐽𝑊 2 https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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23
https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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24
https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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25
https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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26
La red impone Frecuencia y tensión
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27
Potencia reactiva
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28
Transmisión • Reactivos • Aplanar la curva de carga
Subestacion
Distribución
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29
𝑃𝐺 = 𝑃𝐺𝐸𝑁−𝑉𝐼𝑅𝑇𝑈𝐴𝐿
Control coordinado De la potencia reactiva
Subestacion
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30
ISLA Fallo Subestacion
ISLA https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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31
Pasar de operación interconectada A operación en isla (UPS) Quién impone • Frecuencia ? • Tensión ?
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32
Operación en isla Control frecuencia Compensación reactivos Regulación de tensión Filtro armónico
AC
AC AC AC DC AC DC AC
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33
Electrónica de potencia
Comunicaciones
AC
AC AC AC AC AC AC AC
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34
Robotica
DC
AC AC AC AC AC
Multiagentes Reinforcemente Learning Control distribuido
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DC AC
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35
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36
Control DC-Link
Control Reactivos
Toma la frecuencia de la red Control de corriente (PI)
Park
PLL
DC AC
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Red
37
Control DC-Link Control Reactivos
Control de corriente (PI)
𝑤 = 2𝜋 60
Park
DC
AC
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Carga RL
38
Generación Maestro (Impone frecuencia Y tensión)
DC AC
Carga RL
DC AC Esclavos (tal y como La micro-red Interconectada)
DC AC
AC
DC
DC AC
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Carga RL
Carga (vehículo eléctrico Motor drive, etc)
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39
Generación Maestro (Impone frecuencia Y tensión)
DC AC
Carga RL
DC
Fallo
Esclavos (tal y como La micro-red Interconectada)
AC DC AC
AC
DC
DC AC
https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
Carga RL
Carga (vehículo eléctrico Motor drive, etc)
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40
Cada generador de 30 kW
𝑃𝐺 = 120 𝑘𝑊
𝑃𝐷 = 110 𝑘𝑊
DC AC DC AC
Cuál es el maestro ?
DC AC
AC
DC
DC AC
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41
Control primario (f)
DC AC
Red
Control primario (V) https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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42
Control primario (f) DC
Control Secundario (f)
Control terciario (Inteligencia)
AC Control primario (V)
Control primario (f) DC
Control Secundario (f)
AC Control primario (V)
Comunicaciones https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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43
DC AC Romero-Cadaval, E.; Francois, B.; Malinowski, M.; Qing-Chang Zhong, "GridConnected Photovoltaic Plants: An Alternative Energy Source, Replacing Conventional Sources," Industrial Electronics Magazine, IEEE , vol.9, no.1, pp.18,32, March 2015 doi: 10.1109/MIE.2014.2362211 https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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Almacenamiento de energía
DC AC Romero-Cadaval, E.; Francois, B.; Malinowski, M.; Qing-Chang Zhong, "GridConnected Photovoltaic Plants: An Alternative Energy Source, Replacing Conventional Sources," Industrial Electronics Magazine, IEEE , vol.9, no.1, pp.18,32, March 2015 doi: 10.1109/MIE.2014.2362211 https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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Costo de operación de La micro-turbina
Costo de comprar energía a la red Balance de energía (Baterias) Balance de potencia
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46
LED
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47
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48
DC
DC DC
DC
DC DC Trafo DC
AC AC
DC
Multiterminal HVDC https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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49
AC
AC AC
Eolica
AC DC
DC
Barraje DC
Solar DC
DC DC
Solar
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DC
Iluminación
Baterias Presentación Colombia Inteligente
50
DC
DC DC
DC
Alta tensión Sin transformador
DC
Paneles solares Conexión de generadores eólicos a pequeña escala Asilamiento (?) Convertidores de corriente.
DC
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51
Micro-red AC Maestro
Control de Tensión
AC DC
Barraje DC
• Maestro Esclavo • Control primario-secundario
DC
DC DC
Solar
DC
Iluminación
Baterias
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Control y operación descentralizada Optimización en tiempo real Consideración de la estocasticidad de la generación Gestión de la demanda Eficiencia del convertidor Corrientes de corto-circuito (protecciones)
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53
Robusta
Confiable
Densidad de potencia
Plug & Play
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Generación Offshore
More electric aircraft
Micro-redes en barcos https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/
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Las micro-redes son un nuevo paradigma en la integración de fuentes de energía renovable al sistema de distribución. Éste va mas allá de los conceptos asociados a la generación distribuida Existen retos relacionados con el control y la operación en tiempo real. Muchos de los problemas asociados a las redes inteligentes son problemas de optimización y control. La operación en Isla es compleja cuando no se tiene una fuente que pueda ser maestro. Se debe recurrir a funcionalidades basadas en control distribuido. Las micro-redes son una buena alternativa para las ZNI. Sin embargo, debe “tropicalizarse” la tecnología.
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Alejandro Garcés Ruiz Universidad Tecnológica de Pereira
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