Centro de Innovación Tecnológica en Convertidores Estáticos y Accionamientos. Accionamientos Departamento p de Ingeniería g Eléctrica Universidad Politécnica de Catalunya CITCEA UPC CITCEA-UPC Aspectos prácticos de la microgeneración Ph.D Antoni Sudrià, Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UPC Director CITCEA-UPC Di Director t Área Á Elé Eléctrica t i del d l IREC

V Jornadas Internacionales de Innovación Energética V Taller Internacional EFESOS-CYTED Eficiencia energética, sostenibilidad y seguridad 7 de octubre de 2010 Universidad Politécnica de Catalunya. Barcelona, España

EFESOS

¿ Porque necesitamos una red eléctrica inteligente ? Red eléctrica actual: -Generación centralizada y adaptada a la demanda

Eficiencia energética Mercados  y y  competen cia

-Flujo energético unidireccional -Consumidores pasivos -Red de distribución al servicio de la demanda

Seguridad Seguridad 

Objectivo

y calidad

20‐20‐20 20 20 20 Energías renovable s

Desarrollo  redes

Red R d eléctrica lé t i d dell ffuturo: t -Generación centralizada y distribuida (no controlable) -Flujo energético multidireccional -Consumidores activos -Nuevos servicios auxiliares

EFESOS

¿ Porqué necesitamos una red eléctrica inteligente ? Cual es la situación actual? Necesidad de asegurar el crecimiento sostenible y minimizar el impacto ambiental: • Aumentar la eficiencia energética • Reducir la punta de la demanda • Incrementar las energías renovables y la generación distribuida La sociedad digital del siglo XXI es totalmente dependiente de la electricidad La penetración de las renovables, renovables la generación distribuida y el incremento de la demanda llevan el sistema al límite La oposición social no permite el desarrollo de nuevas infraestructuras La desregulación del mercado aumenta las incertidumbres del sistema Es necesario recordar: Que la electricidad es el único producto industrial que se ha de consumir en el mismo momento en que se fabrica

EFESOS

¿Porqué necesitamos una red eléctrica inteligente ?

¿Cuál es nuestro reto ? Asegurar un suministro de electricidad fiable y de calidad a la moderna sociedad digital de forma sostenible y respetuosa con el medio ambiente ¿Como lo conseguimos ? Con la aplicación de las tecnologías disponibles a: •Eficiencia energética •Integración energías renovables y generación distribuida •Gestión de la demanda •Monitorización y control •Detección de fallos y autorecuperación •Sistemas flexibles de transmisión FACTS Este es el camino que nos lleva hacia la red inteligente

EFESOS

¿Que esperamos de una red eléctrica inteligente ? Fiable y autoreparable: Proporciona la seguridad y calidad de suministro que necesita la sociedad digital del siglo XXI Accesible a todos los usuarios de la red: Permite la participación activa de los consumidores por medio de la gestión de la demanda Garantiza la conexión de las generaciones y almacenamientos distribuidos Económica: Optimiza la utilización de los activos y la eficiencia energética Asegura la competencia y la regulación Permite nuevos productos, servicios y mercados (vehículo eléctrico, microredes) Innovación tecnológica: Sensores, monitorización, medidores, control digital, electrónica de potencia, informática, comunicaciones.

EFESOS

¿Que hace que una red eléctrica sea inteligente ? Un sistema de sensores y medidores para conocer el estado del sistema Una infraestructura de comunicaciones para transmitir las medidas de los sensores y las ordenes de control Algoritmos de control que procesen las informaciones recibidas y generen las ordenes de control Actuadores que efectúen las ordenes de control

Las cuatro capas tecnológicas de la red inteligente Decisión inteligente Comunicaciones Sensores-Actuadores Generación-Transporte-Distribución-Almacenamiento-Consumo

EFESOS

Nos dejamos los consumidores inteligentes ! Concepto clave de la red inteligente es gestión de la demanda Los consumidores modifican su patrón habitual de consumo de electricidad l t i id d en respuesta t a cambios bi en ell precio i o a incentivos i ti diseñados para inducir un consumo menor durante los períodos previstos de puntas de demanda, períodos de costes elevados o cuando sucede alguna incidencia en el sistema. sistema De esta forma se reduce la carga durante los períodos críticos: El resultado para el consumidor inteligente es un ahorro energético y ver su factura reducida. Para las empresas eléctricas una reducción automática de la energía a suministrar la previsión de la demanda a suministrar, suministrar, suministrar minimización de las reservas, optimización de los activos y aplazamiento de las inversiones Son necesarios electrodomésticos y equipos inteligentes; y tres niveles de comunicaciones: Internet, contadores inteligentes (smart meters) y una “Home Area Network”.

EFESOS

La propuesta liderada por Whirpol

EFESOS

Nuevas arquitecturas, nuevos componentes: Microredes Con la generación distribuida muchos consumidores son al mismo tiempo generadores. Para poder gestionarlos es necesario agruparlos en unidades que para la red sean vistos como uno solo. Esta agregación de consumos si al mismo tiempo incorpora una generación o almacenamiento recibe el nombre de microred. microred Esta nueva arquitectura requiere unos Módulos Inteligentes de Integración (iNode, i-Socket).

Una microred tiene un comportamiento eléctrico muy flexible gracias a los i-Node i i-Socket basados en la tecnología de la electrónica de potencia y en grandes capacidades de comunicaciones en tiempo real. La microred p puede dar soporte p a la estabilidad de la tensión ya que puede generar y consumir tanto potencia activa como reactiva, puede mejorar la calidad de la onda y asegurar la continuidad en el caso de funcionamiento en isla.

EFESOS

La microred experimental del IREC Proyecto desarrollado por el IREC, CITCEA i CINERGIA dentro del proyecto SmartCity d’ENDESA con el objetivo: Desarrollar y poner en marcha una microred experimental que permita investigar algoritmos de gestión en diferentes escenarios

EFESOS

Presentación de la microred experimental del IREC

Elementos de gestión

Emuladores

EFESOS

Concepto de microrred emulada •

• • • • • •

•

Emulador: Dispositivo que intercambia (genera/consume) la misma  potencia eléctrica que intercambiaría el dispositivo emulado en las  mismas condiciones de funcionamiento mismas condiciones de funcionamiento. Emulación de la fuente de generación / almacenamiento / carga La potencia eléctrica es 100 % real Independencia de la meteorología. Requerimientos de espacio e instalación menores Si l ió d i l di i Simulación de ciclos diarios en tiempos reducidos i d id Permite reproducir cualquier escenario. Ejemplos: – Sistema fotovoltaico en diferentes ubicaciones, fechas, horarios Sistema fotovoltaico en diferentes ubicaciones, fechas, horarios – Sistemas eólicos con diferentes condiciones de viento – Sistemas de almacenamiento en diferentes condiciones de carga – Cualquier tipo de carga La microrred futura incorporará tanto elementos emulados cómo reales

EFESOS

PLATAFORMA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

El emulador se basa en módulos de electrónica de potencia en estructura “back‐to‐back” “b k b k” para dar d all sistema: i ‐ flexibilidad: se pueden emular distintos dispositivos modificando el software soft are del DSP ‐ eficiencia: al tratarse de un sistema bidireccional se consumen solamente las pérdidas

Emulador: -Eólico -Batería -Consumo

Dispositivo: -Generación -Almacenaje j -Carga

EFESOS

DISPOSITIVO MICRORED (I)

Elemento que permite la regulación de potencia, potencia tanto activa como reactiva, a través de la conexión a un i‐Socket.

EFESOS

DISPOSITIVO MICRORED (II)

EFESOS

EMULADOR (I)

EFESOS

Voltage Source Converter

Es un ondulador trifásico de 10kVA diseñado específicamente para ser el “power electronics building block” de las plataformas de emulación y las block microredes. Característica

Valor

Unidad

Vac

400

Vrms

Iac

15

Arms

Vdc

800

V

Fsw(max)

20

kHz

Potencia nominal

10

kVA

EFESOS

Voltage Source Converter

EFESOS

Placa de control Entradas y salidas Puerto de serie

Fuente Entrada E t d d de encoder

E/S analógicas ló i adicionales Boot config

JTAG DSP

Tratamiento del señal analógico

Terminales de CAN

DAC CAN

LEDs

Terminales de prueba

Salida analógica de 0 a 10V

EFESOS

Microrred actual (utilizada en el proyecto Smart City)

EFESOS

Microrred futura

Microrred actual – Esquema de potencia

EFESOS

Microrred actual – Esquema de control

EFESOS

Definiciones • • •

Algoritmo simple Operación en modo distribuido y centralizado C t l independiente Control i d di t d de P y Q con generación ió y d demanda d intermitente • Priorización según g p precio de la energía g y disponibilidad p de los dispositivos CONTROL CENTRALIZADO El iNode iN d regula l lla P y Q ttotales t l enviando i d lla misma i señal ñ l fP y fQ a todos t d los iSockets. Los iSockets calculan la P* y Q* en función de determinados parámetros que varían dinámicamente. CONTROL DISTRIBUIDO Los iSockets deciden la P* y Q* a consignar al convertidor, el iNode actúa cómo pasarela de comunicaciones y monitorización monitorización.

EFESOS

Modo centralizado

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Modo distribuido

iNode P < 0 Æ Generación P > 0 Æ Consumo Control P

-100 < Fp < 100

Control Q

-100 < Fq < 100

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EFESOS

iSocket

• Parámetros α i β: • Límites de cada nodo • Se recalculan dinámicamente • Definen las prioridades 28

EFESOS

Análisis estático

Incremento señal Fp de -10 a 0

Análisis estático

Reducción precio de la energía

Simulación dinámica

Pruebas con la microrred emulada

Plataforma d demostrativa t ti Implementación final

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EFESOS

Pruebas con la microrred emulada

Gracias por vuestra atención

www.citcea.upc.edu www.cinergia.coop www irec cat www.irec.cat

EFESOS 34