Alejandro Garcés Ruiz. Universidad Tecnológica de Pereira

Alejandro Garcés Ruiz. Universidad Tecnológica de Pereira [email protected] https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/ Presentación C

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Justificación



Tecnologías



Operación de Micro-redes



Micro-redes en DC



Zonas no interconectadas

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Cargas

Generación

Sistemas Aislados Frecuencia y tensión independientes !

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Grandes centros de consumo

Grandes centros de generación

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Sistema Interconectado: • Eficiencia • Confiabilidad • Grandes generadores

Generación

Distribución Transmisión https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/

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Termo

Hidro

No hay una única solución https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/

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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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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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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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Imagen tomada de http://mauinow.com

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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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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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Control Local Concentrador

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www.utp.edu.co/hidroclimatologica

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Baterias

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Centrales de bombeo

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1 2 𝐸= 𝐶𝑉 2 https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/

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AC AC

1 2 𝐸 = 𝐽𝑊 2 https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/

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La red impone Frecuencia y tensión

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Potencia reactiva

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Transmisión • Reactivos • Aplanar la curva de carga

Subestacion

Distribución

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𝑃𝐺 = 𝑃𝐺𝐸𝑁−𝑉𝐼𝑅𝑇𝑈𝐴𝐿

Control coordinado De la potencia reactiva

Subestacion

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ISLA Fallo Subestacion

ISLA https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/

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Pasar de operación interconectada A operación en isla (UPS) Quién impone • Frecuencia ? • Tensión ?

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 

  

Operación en isla Control frecuencia Compensación reactivos Regulación de tensión Filtro armónico

AC

AC AC AC DC AC DC AC

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Electrónica de potencia

Comunicaciones

AC

AC AC AC AC AC AC AC

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Robotica

DC

AC AC AC AC AC

Multiagentes Reinforcemente Learning Control distribuido

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DC AC

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Control DC-Link

Control Reactivos

Toma la frecuencia de la red Control de corriente (PI)

Park

PLL

DC AC

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Red

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Control DC-Link Control Reactivos

Control de corriente (PI)

𝑤 = 2𝜋 60

Park

DC

AC

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Carga RL

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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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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

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Carga RL

Carga (vehículo eléctrico Motor drive, etc)

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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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Control primario (f)

DC AC

Red

Control primario (V) https://sites.google.com/a/utp.edu.co/alejandro/

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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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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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LED

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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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AC

AC AC

Eolica

AC DC

DC

Barraje DC

Solar DC

DC DC

Solar

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DC

Iluminación

Baterias Presentación Colombia Inteligente

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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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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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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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