Micro Red Ac

UNIVERSIDAD DE LA SALLE Vicerrectoría Académica

Facultad de Ingeniería

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Formato Presentación de

anteproyecto

Versión 001 Febrero 02/2015

1. TITULO Y LÍNEA DE LA INVESTIGACION

TITULO (Aprox.20 palabras)

ANALISIS Y MODELO DE MICRO-RED APLICADA A RED REAL DE DISTRIBUCION

NATURALEZA DEL PROYECTO

PASANTÍA TRABAJO DE GRADO X

PRÁCTICA

LINEA DE INVESTIGACION

Innovación y desarrollo tecnológico

Modelación y simulación de sistemas

X

Análisis de riesgos e impactos

Cambio climático y control de la contaminación

CLASIFICACIÓN

DURACION EN MESES

INCIDENCIA SOCIAL

POBLACION BENEFICIADA

2. INVESTIGADORES (Proponentes, Director(a) y Asesores interno y/o externos) Primera Persona (Estudiante) de ____

Primer apellido

Segundo Apellido

Nombre(s)

Lugar y Fecha de nacimiento

País

Código estudiantil

Correo electrónico

Tipo de identificación Nº

Dedicación horas semanales

Teléfono (Fijo y Celular)

Dirección

Segunda Persona (Estudiante) de ____

Primer apellido

Segundo Apellido

Nombre(s)

Lugar y Fecha de nacimiento

País

Código estudiantil

Correo electrónico



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Teléfono (Fijo y Celular)

Dirección

Tercera Persona (Director(a) del Proyecto) de _____

Primer apellido Castiblanco

Segundo Apellido Vargas

Nombre(s) Jairo Andrés

Tipo de vinculación con la Universidad

estudiante

País Colombia

Profesión

Dirección y/o Teléfono y celular Kr 13 # 11-33, facatativa

Correo electrónico [email protected]

Tipo de identificación Cedula de ciudadanía Nº 1070956180

Función en el proyecto

Dedicación horas semanales 6

Numero de meses 5

Vínculo en el proyecto

Cuarta Persona (Asesor(a) del Proyecto) de _____

Primer apellido

Segundo Apellido

Nombre(s)

Tipo de vinculación con la Universidad

País

Profesión

Dirección y/o Teléfono y celular

Correo electrónico


Función en el proyecto


Numero de meses

Vínculo en el proyecto

3. PALABRAS CLAVE- Máximo cinco (Total: 3 )

Micro-red, smartgrid, energías renovables, control fuzzy, generación distribuida.



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4. RESUMEN EJECUTIVO

En el presente proyecto se pretende, desarrollar y llevar a cabo un análisis y el modelo de una micro red aplicado a una red de distribución real, que este actualmente construida en el país; un concepto importante para entender el tema de la micro-red es el tema de smartgrid, el cual nace con la necesidad de remplazar el tipo de redes tradicionales en donde los clientes o la carga final es estática y la fuente de generación es principalmente el petróleo o alguno de su derivado y la energías renovables son un fuente suplementaria, otro aspecto importante es que en la red solo se maneja una sola dirección del flujo de potencia es decir el flujo va de la generación a la carga; con el tema de Smartgrid se busca remplazar estos métodos de transporte y consumo de energía e invertir los papeles de la generación de manera que la fuente de energía a base de hidrocarburos sea una fuente suplementaria y la verdadera fuente potente sean las energías renovables, estableciendo así un doble flujo de potencia en donde el consumidor o la carga final sea dinámica y se haga participe del proceso de generación y consumo de energía. Para poder desarrollar lo anteriormente planteado se debe tener en cuenta varios aspectos como los incentivos al consumidor final por parte del gobierno, son temas que actualmente en Colombia no están muy claros, sin embargo en la ley 1715 se plantea algunos limitantes relacionados con la autogeneración y los incentivos para el nuevo consumidor de una smartgrid; dentro de la parte técnica se ven varias etapas de una micro red, en la parte de generación se debe usar una energía renovable como el viento o el sol para esto se debe manejar un índice de incertidumbre ya que este tipo de fuente no es siempre la misma y depende de muchos factores, por otro lado se debe establecer el flujo de potencia hacia la carga y viceversa, esta potencia debe ser controlado y verificada por medio del control fuzzy o control difuso, este nos permitirá cumplir con el suministro de la energía a la carga junto con un conjunto de elementos de electrónica de potencia como son los inversores, en donde la micro red podrá conectarse en modo autónomo o conectada a la red, en el primer momento la red suministrara la potencia demandada y es posible que le sobre, siendo así ira conectada a una fuel cell para almacenar esta energía para el segundo momento se usaran pilas de combustible para cuando no se alcanza a suplir la potencia demandada entra en juego la pilas de combustible que suple esta energía. La idea con este proyecto es analizar las ventajas que tiene un sistema aplicado a una red de distribución real, por medio de programación en Matlab y usando el método de control difuso, sin embargo no se puede dejar de un lado los conceptos de smartgrid anteriormente mencionados

5. MARCO DE REFERENCIA

5.1 Marco Teórico:



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Smart Grid. A diferencia de las redes eléctricas tradicionales las redes inteligentes comprenden al sistema de transmisión y distribución, a los generadores y a los usuarios. Otra diferencia importante es la incorporación de tecnología digital de forma tal que exista un flujo de información bidireccional entre generadores y consumidores reduciéndose así los costos de generación y transmisión, mejorando al mismo tiempo la eficiencia y la confiabilidad. Por otra parte las redes inteligentes favorecen la integración de sistemas de energías renovables y de almacenamiento, una forma de Smart Grid se presenta en la fig. 1

Fig.1 concepto Smart Grid. Fuente: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032115001847

Micro Red. Es un componente importante de una smartgrid o red inteligente, esta micro red hace parte de un sistema de distribución y tiene la capacidad de autoabastecerse, un micro red puede estar compuesta por un conjunto de carga y además los generados, en este tipo de sistemas se busca la flexibilidad del mismo por medio de la electrónica de potencia, garantizando de este modo el suministro eléctrico a un usuario final y además la operación de toda la red. Una micro red puede considerarse un sistema hibrido formado por varios sistemas de generación tanto convencionales como de origen renovable con el objeto del suministro eléctrico continuo. Dentro de los elementos presentes en una micro red se pueden destacar:

Una red de distribución de baja tensión a la cual se conecta una serie de fuentes de energía distribuida.

Infraestructura de comunicación local.

Sistema para el almacenamiento de energía.

Sistema jerárquico de gestión y control.

Controladores inteligentes para centro de carga y consumo.

Generación Distribuida. Se define como cualquier tecnología de generación a pequeña escala que proporciona electricidad en puntos más cercanos al consumidor o a la red de distribución, en esta nuevo campo de generación se aprovechan nuevas tecnologías para la producción de electricidad, esto a la ves va de la mano de energías renovables como la fotovoltaica, viento y la cogeneración en donde se



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presentan dos tipos de generación, siendo una la base del otro de esta manera se aprovecha los desechos de uno como base de combustible para el otro, el objetivo de la generación distribuida es poder alimentar pequeños centros de consumo o tal vez una parte sin depender de la generación tradicional, ya que esta visto desde hace ya varios años que este tipo de generación tradicional trae consigo efecto de CO2. Las aplicaciones de la GD van desde la generación en base, generación en punta, cogeneración, hasta la mejor calidad del suministro, respaldo y soporte a la red de distribución, a nivel mundial se han intensificado los estudios hacia este tipo de generación por sus beneficios ambientales y la fiabilidad que brinda el sistema, en la fig.2 se puede apreciar la cantidad de energía producida con GD, siendo Dinamarca el mayor país con más del 50% de su consumo a base de este tipo de tecnología.

Fuente: Perspectives for Distributed Generation with Renewable Energy in Latin America and the Caribbean, 2011

Energía Renovable. Se obtiene de fuentes naturales son energías limpias que contribuyen a cuidar el medio ambiente frente a los efectos contaminantes y el agotamiento de los combustibles fósiles, las energías renovables son ya una alternativa para contrarrestar la contaminación por CO2, desde ya hace varios años cuando se estableció el protocolo de KIOTO, se empezó a intensificar el uso de este tipo de energía, esto se dio inicialmente con los países desarrollados ya que son los más industrializados y por ende los que más contaminan el medio ambiente; dentro de las fuentes de energía renovable se encuentran la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, la biomasa.



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Control fuzzy. Está diseñado para reaccionar a cambios continuos de la variable a ser controlada y se diferencia del algebra booleana por no estar restringida a dos únicos valores de 0 y 1, el control fuzzy o control difuso permite valores parciales y multivalores de verdad, esta disciplina es ventajosa para problemas que no pueden ser fácilmente representados por modelos matemáticos o que realmente son muy complicados, esta técnica permite al programador la lógica ambigua de los humanos dentro de la computadora por medio del uso de los modelos lingüísticos en lugar de modelos matemáticos. Esta técnica se ha empleado con bastante éxito en la industria, principalmente en Japón, extendiéndose sus aplicaciones a multitud de campos. La primera vez que se usó de forma importante fue en el metro japonés, con excelentes resultados, Luego se generalizó según la teoría de la incertidumbre para cada sistema o área aplicada. 5.2 Marco Conceptual

5.2 Marco Legal. La ley 1715 la cual se radica el 13 de mayo de 2014, Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional, esta ley consta de 10 capítulos y 44 artículos en los cuales se tiene un primer acercamiento respecto a la normatividad de este tipo de energías en el país, a lo largo de la ley definen al usuario que aporta a la autogeneración como persona natural o jurídica dando a cada uno un tipo de incentivos dependiendo de su autogeneración, esta ley también limita o propone los tópicos de autogeneración hasta 5MW, para una persona natural y de esta cantidad hacia arriba para personas jurídicas, también da ciertos reglamento para poder llevar a cabo este tipo de generación. Según el artículo 2° La finalidad de la presente ley es establecer el marco legal y los instrumentos para la promoción del aprovechamiento de las fuentes no convencionales de energía, principalmente aquellas de carácter renovable, lo mismo que para el fomento de la inversión, investigación y desarrollo de tecnologías limpias para producción de energía, la eficiencia energética y la respuesta de la demanda, en el marco de la política energética nacional. Igualmente, tiene por objeto establecer líneas de acción para el cumplimento de compromisos asumidos por Colombia en materia de energías renovables, gestión eficiente de la energía y reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, tales como aquellos adquiridos a través de la aprobación del estatuto de la Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena) mediante la Ley 1665 de 2013.

6. ANTECEDENTES (Estado del Arte)

Optimal Design of Microgrids in Autonomous and Grid-Connected Modes Using Particle

Swarm Optimization

En este artículo se presenta un diseño óptimo de micro-redes usando optimización PSO (particle swarm optimization) o en español optimización por enjambre de partículas, muestran en el



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artículo modelos lineales y no lineales de una micro red, compuesta por filtro LC, parámetros de regulación y resistencia de amortiguación, el objetivo es evaluar la eficacia de los controladores propuestos bajo diferentes escenarios y condiciones de carga, en el artículo proponen dos modos de operación de la micro red uno es el modo autónomo y el otro es conectado a la red, en este último se necesita de un inversor para que la micro red sea capaz de regular las corrientes de salida; en el modo autónomo el inversor se controla para alimentar la carga a la tensión definida y valores de frecuencia. Para el llevar acabo el desarrollo de estos procesos utilizan también algoritmos genéticos y control PI aplicados para resolver los problemas del sistema de potencia, y también se hace para minimizar el error en la corriente del inductor y buscar la estabilidad de la micro red; dentro de los resultados muestran un rendimiento satisfactorio con características de amortiguación eficiente de la micro red, dicen que la micro red tiene desafíos como la ubicación y el diseño óptimo de los diferentes controladores, y sugieren que la estabilidad de la micro red es fuertemente afectada por los parámetros de filtro LC. [1]

MICROGRID MODELLING AND SIMULATION.

En esta tesis tiene como objetivo modelar y simular micro redes en estado estacionario y estudiar sus respuestas a las entradas cambiantes, dependiendo del tipo de fuente de energía que se esté utilizando, hacen la construcción de un modelo completo de micro red incluyendo las fuentes de energía renovables, la electrónica de potencia necesaria para esto y un modelo de carga de red en matlab /simulink . Hacen un análisis modelado para la respuesta transitoria y el estado estacionario de una micro red, operada con máquinas rotativas síncronas, las cuales presentan un porcentaje de falla en la red, también estudian la calidad de energía suministrada a la carga y el coeficiente de THD de la red (distorsión total armónica), el diseño de los componentes electrónicos para ayudar a operar la red como por ejemplo los inversores pueden causar armónicos. Como conclusión dice que es importante tener un modelo de cada uno de las posibles fuentes para un micro red ya que cada escenario es distinto y algunas ocasiones uno puede tener ventaja sobre otro, de esta manera el autor invita a seguir trabajando en el tema ya que esto mitiga la emisiones de CO2 de las fuentes convencionales de energía. [2]

A hierarchical optimization model for energy data flow in smart grid power systems.

En este artículo publicado por la revista Information Systems, presentan un modelo jerárquico para el flujo de datos en los sistemas de potencia, en un principio del articulo explican los diferentes niveles que existen una SmartGrid, estos niveles van desde el nivel 1 hasta el nivel 3, siendo el nivel 1 una casa o grupos de casas denominados (OPE), para el grupo o nivel 2 se presenta empresas unipersonales y finalmente en el nivel 3 se encuentra los centros de almacenamiento de energía, en el artículo destacan las ventajas de una SmartGrid como la fiabilidad, eficiencia, reducción de pérdidas y costos, aparte de la estructura técnica del artículo en donde manejan la incertidumbre respecto a la velocidad del viento, la radiación solar y la carga también deja ver la regulación que se le da a una SamartGrid respecto al modelo de generación que se puede usar, al consumo de los usuarios y a la fijación de los precios.



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En este artículo es donde plantean el control difuso aplicado a este tipo de redes, además proponen un sistemas de generación hibrido (solar/eólico) y el respaldo de las pilas de combustible y el almacenamiento de las fuel cell; como conclusión y resultados hablan sobre la optimización para diferentes niveles de SmartGrid es necesaria ya que por medio de esta se puede regular a cada uno de los miembros de la red y así poder llevar un proceso más ordenado, también habla de que la fusión de dos energías renovables puede llegar a ser más eficiente que cuando se aplica una sola sin embargo esto está sujeto a factores climáticos y se debe hacer un previo modelo de lo que se desea aplicar.

7. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

7.1 Descripción del Problema: El uso racional de la energía eléctrica se refiere al máximo rendimiento de la energía consumida y de los componentes por los que es posible la generación, transmisión y distribución de la energía, para hablar de un rendimiento máximo, debemos hablar entonces de una red ideal, lamentablemente eso no pasa ya que efectos causados por aparatos electrónicos y equipos industriales proveen armónicos contaminado así el suministro de energía, esto produce una deficiencia en la calidad de la energía, la cual pude seguir disminuyendo ya que el uso excesivo de aparatos electrónicos es cada día mas alto, debido a su eficiencia, rapidez y bajo costo, la proliferación de estas cargas no lineales afectan muy seriamente nuestro sistema eléctrico teniendo así perdidas de energía, que son un problema tanto para el cliente como para la empresa comercializadora. 7.2 Formulación del problema. Debido al uso desmedido de dichas cargas, el uso de fuentes de energía a base de hidrocarburos ha aumentado y con esto ha llevado a mayores emisiones de CO2, el problema está en depender de estas fuentes convencionales, lo ideal es que estas sean simplemente una fuente de respaldo, mitigando así emisiones de CO2, actualmente el país cuenta con redes de distribución tradicionales, pero no se ha abierto la posibilidad de poder modelar un tipo de micro red para alguna de estas redes ya existentes.

8. OBJETIVO GENERAL

Aplicar un modelo de Micro Red a una red real de distribución existente.



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8.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS, DELIMITACION Y JUSTIFICACION

8.1.1 Objetivos Específicos

Implementar la técnica de control fuzzy para poder variar y medir los distintos factores

que se presentan en una red de distribución.

Analizar las complicaciones y beneficios que traería un red de este tipo a una zona no interconectada (ZNI)

Simular componentes electrónicos como inversores a la micro red planteada para mirar

sus ventajas en dos tipos de escenarios (generación solar, generación eólica)

8.1.2 Justificación y delimitación del proyecto: El proyecto es realizado por qué se quiere tener una mayor cercanía con este tipo de redes ya que en el país hasta hace poco se está tomando conciencia de esta nueva tecnología, y desafortunadamente en zonas aisladas o ZNI en donde no se cuenta con el servicio de la energía eléctrica podría ser de gran utilidad aplicar un proyecto de este tipo. El proyecto está limitado al modelo de una micro red aplicado a una red existente de distribución, junto con sus componen entes para el aprovechamiento y suministro de la energía eléctrica, también se toma en cuenta los criterios de una SmartGrid, de esta manera se podría establecer las ventajas de esta tecnología sobre la fuentes convencionales de energía y la forma de generación que utilizamos hoy en día en el país.

9. METODOLOGÍA (Presentarlo por fases, anexando un diagrama de flujo)

Fase 1: recolección de información de distintas fuentes como libros, revistas, artículos y en especial información de países en donde sobresalgan con este tema. Fase 2: estudio y análisis del control fuzzy aplicado a sistemas de potencia y SmartGrid Fase 3: selección de red de distribución apropiada para aplicar el control fuzzy. Fase 4: establecer los parámetros, criterios e incertidumbre sobre el modelo de micro red que se desea elaborar Fase 5: selección tipo de software para poder llevar a cabo la simulación de dicho control. Fase 6: simulación con tipo de generación solar o eólica o posiblemente un tipo de generación hibrida Fase 7: análisis de resultado para cada simulación, ventajas y desventajas sobre la red de distribución general.



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10. FUENTES DE INFORMACION BIBLIOGRAFICA

[1] M. A. Hassan, M. A. Abido. (2011). Optimal Design of Microgrids in Autonomous and Grid-

Connected Modes Using Particle Swarm Optimization [Version electronica]. IEEE TRANSACTIONS

ON POWER ELECTRONICS, Recuperado de: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5671491&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.iee

e.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D5671491

[2] Faisal Mohamed. (2006). MICROGRID MODELLING AND SIMULATION. Universidad de Tecnología

HELSINKI, [Versión electronica]. Recuperado de: http://p4z4t4.persiangig.com/document/micro%20grid.pdf/dl

[3] Moath Jarrah, ManarJaradat, YaserJararweh, MahmoudAl-Ayyoub, Abdelkader Bousselham.

(2014). A hierarchical optimization model for energy data flow in smartgrid power systems [Versión

electronica]. Recuperado de: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306437914001902

10.1 Libros 10.2 Revistas Information Systems 10.3 Cibergrafía [4] http://isa.uniovi.es/~hilario/dsac_archivos/pdf_dsac/Fuzzy.pdf [5]http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/Agosto_2000/pdf/logica%20fuzzy.pdf [6] http://www2.ece.ohio-state.edu/~passino/FCbook.pdf [7] http://www.edutecne.utn.edu.ar/fuzzy_control/UTN-FCONTR.pdf

11. ANEXOS:

12. Adjuntar Cronograma en Project

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5671491&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D5671491

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=5671491&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D5671491

http://p4z4t4.persiangig.com/document/micro%20grid.pdf/dl

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306437914001902

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/Agosto_2000/pdf/logica%20fuzzy.pdf

http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/electronica/Agosto_2000/pdf/logica%20fuzzy.pdf

http://www2.ece.ohio-state.edu/~passino/FCbook.pdf



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