Literatura académica sobre el tema "Microrredes híbridas"

Introducción: el presente artículo es producto de investigación del proyecto “Análisis de oportunidades energéticas con fuentes alternativas en el departamento de Nariño –Alternar–”, ejecutado desde el 2014 hasta inicios del 2016, por la Universidad de Nariño, en cooperación con la Universidad de los Andes y ASC Ingeniería S. A. E. S. P., con el apoyo de la Gobernación de Nariño, y financiado por el Sistema General de Regalías durante el 2014, en Colombia. El objetivo de la investigación fue proponer un esquema de aprovechamiento integral y sostenible de los recursos locales para la generación de energía, investigando las tecnologías de redes inteligentes y microrredes aplicadas a zonas no interconectadas zni. Metodología: los estudios se llevaron a cabo en dos poblaciones de la región Pacífica nariñense, donde los índices de cobertura energética son muy bajos (2-5 horas/día). Para determinar el potencial energético de cada zni, se realizaron los siguientes pasos: caracterización geográfica y socioeconómica de la localidad, caracterización de la demanda energética, caracterización de los residuos forestales, diseño de la planta de gasificación y del sistema híbrido y el prediseño de la red eléctrica. Resultados: en las dos zni de estudio, se describen los equipos del sistema híbrido mediante simulaciones de optimización en Homer. Conclusiones: es factible usar residuos forestales para la energización de las zni con tecnologías sostenibles, para minimizar así la dependencia de combustibles fósiles y reducir la producción de los gases de efecto invernadero.

[ES] En este trabajo se proponen técnicas de control específicas para la paralelización de inversores sin transformador conectados a red, en aplicaciones de interconexión de buses de microrredes híbridas e instalaciones fotovoltaicas de gran potencia. La paralelización de inversores presenta múltiples ventajas como la modularidad, la redundancia o la flexibilidad para ampliar la potencia de un sistema o de una instalación. En el caso de inversores fotovoltaicos centralizados, también permite la conexión/desconexión de módulos inversores conectados en paralelo permitiendo una mayor eficiencia global cuando se trabaja a bajas potencias. Sin embargo, la paralelización de inversores provoca la aparición de corrientes de circulación que pueden provocar efectos indeseables en el sistema o en la instalación. Las contribuciones que se llevan a cabo en esta tesis están todas ellas orientadas a la mejora de la operación de inversores en paralelo en las aplicaciones descritas y son las siguientes: 1) Se presenta un modelo preciso en pequeña señal de n inversores conectados en paralelo con filtro de conexión a red LCL, en el cual se tienen en consideración los términos de acoplamiento entre fases de los inductores trifásicos. 2) Se propone una técnica de control en la que se emplean n-1 lazos de regulación que controlan la componente homopolar de las corrientes e imponen un valor nulo en régimen permanente, a fin de eliminar las corrientes de circulación. 3) Se propone el uso de moduladores en espacio vectorial de tres dimensiones (3D-SVM) para implementar el control de la componente homopolar de las corrientes. 4) Se muestran resultados analíticos, de simulación y experimentales que validan el esquema de control propuesto considerando la aparición de corrientes de circulación debido a distintos factores: desbalanceo de inductancias entre las fases de un inversor y de distintos inversores, desbalanceo de potencia entre inversores y empleo de modulaciones distintas en los inversores conectados en paralelo. Los ensayos experimentales se realizan sobre un convertidor trifásico de 10 kW formado por la conexión en paralelo de dos módulos de 5 kW cada uno. 5) Se muestran resultados de simulación y experimentales de la aplicación de las técnicas de reducción de corrientes de circulación a convertidores de interconexión entre los buses de alterna y continua de microrredes híbridas. Los ensayos experimentales se particularizan a un convertidor trifásico de 7.5 kW formado por un módulo de 5 kW y otro de 2.5 kW conectados en paralelo, emulando una eventual ampliación de potencia del 50%. 6) Se lleva a cabo el estudio por simulación de un sistema fotovoltaico de 2 MW compuesto por cuatro inversores de 500 kW conectados en paralelo, demostrando que el control de las componentes homopolares de las corrientes reduce en gran medida el valor de las corrientes de circulación y mejora el desempeño de la instalación. 7) Por último, se propone una técnica de control para mejorar la eficiencia global de inversores fotovoltaicos centralizados de potencia elevada, el cual se basa en la utilización de modelos funcionales bidimensionales de eficiencia para activar/desactivar los módulos de potencia en función del punto de operación del campo fotovoltaico.
[CA] En aquest treball es proposen tècniques de control específiques per a la paral·lelització d'inversors sense transformador connectats a la xarxa, en aplicacions d'interconnexió de busos de micro-xarxes híbrides i instal·lacions fotovoltaiques de gran potència. La paral·lelització d'inversors presenta múltiples avantatges com ara són la modularitat, la redundància o la flexibilitat per ampliar la potència d'un sistema o d'una instal·lació. En el cas d'inversors fotovoltaics centralitzats, també es permet la connexió/desconnexió de mòduls inversors connectats en paral·lel permetent una major eficiència global quan es treballa a potències baixes. En canvi, la paral·lelització d'inversors provoca l'aparició de corrents de circulació que poden provocar efectes indesitjables en el sistema o en la instal·lació. Totes les contribucions que es porten a terme en aquesta tesi estan orientades a la millora de la operació de inversors en paral·lel en les aplicacions descrites i son les següents: 1)Es presenta un model precís en xicoteta senyal de n inversors connectats en paral·lel amb filtre LCL de connexió a xarxa, en el qual es tenen en consideració els termes d'acoblament entre fases dels inductors trifàsics. 2) Es proposa una tècnica de control en la que s'usen n-1 llaços de regulació que controlen la component homopolar de les corrents i imposen un valor nul en règim permanent, a la fi d'eliminar les corrents de circulació. 3) Es proposa l'ús de moduladors en espai vectorial de tres dimensions (3D SVM) per implementar el control de la component homopolar de les corrents. 4) Es mostren resultats analítics, de simulació i experimentals els quals validen l'esquema de control proposat considerant l'aparició de corrents de circulació degut a diversos factors: desbalanceig d'inductàncies entre les fases d'un inversor i de distints inversors, desbalanceig de potència entre inversors i ús de modulacions distintes en els inversors connectats en paral·lel. Els assajos experimentals es realitzen sobre un inversor trifàsic de 10 kW format per la connexió en paral·lel de dos mòduls de 5 kW cadascun. 5) Es mostren resultats de simulació i experimentals de l'aplicació de les tècniques de reducció de corrents de circulació a convertidors d'interconnexió entre els busos d'alterna i contínua de micro-xarxes híbrides. Els assajos experimentals es particularitzen a un convertidor trifàsic de 7.5 kW format per un mòdul de 5 kW i altre de 2.5 kW connectats en paral·lel, emulant una eventual ampliació de potència del 50 %. 6) Es duu a terme l'estudi per simulació d'un sistema fotovoltaic de 2 MW format per quatre inversors de 500 kW connectats en paral·lel demostrant que el control de les components homopolars de les corrents redueixen en gran mesura el valor de les corrents de circulació i millora l'acompliment de la instal·lació. 7) Per últim, es proposa una tècnica de control per a la millora de l'eficiència global d'inversors fotovoltaics centralitzats de potència elevada, el qual es basa en la utilització de models funcionals bidimensionals d'eficiència per activar/desactivar els mòduls de potència en funció del punt d'operació del camp fotovoltaic.
[EN] In this work they have been proposed specific control techniques for the parallelization of transformerless inverters connected to the grid in two specific applications: i) the interlinking converter between ac and dc bus of hybrid microgrids and ii) high power photovoltaic farms. Paralleling of inverters presents some advantages as modularity, redundancy or flexibility for increasing the power of a system or of a plant. In photovoltaic centralized inverters, the parallel inverters can be connected and disconnected in order to improve the global efficiency when the system works at low power. However, the inverters paralleling causes the appearance of circulating currents which can produce undesirable effects in the system or in the plant. The contributions that are carried out in this thesis are all of them aimed at improving the operation of parallel inverters in the described applications and they are as follows: 1) It has been presented an accurate small signal model of n parallel inverters with an LCL grid filter, in which the mutual coupling terms of the three-phase inductors has been considered. 2) It has been proposed a control technique with n-1 control loops that control the zero-sequence current component by setting a zero value in steady state, looking for eliminating the circulating currents. 3) It has been proposed the use of three-dimension space vector modulator (3D SVM) to implement the zero-sequence currents control. 4) The analytical results have been validated by means of simulation and experimental results, showing the performance of the proposed control scheme considering the appearance of circulating currents due to different factors: i) inductor imbalances between the phases of an inverter or ii) between different inverters, iii) power imbalances between inverters and iv) the use of different modulation techniques in the parallel inverters. The experimental tests have been carried out on a 10 kW three-phase converter composed by the parallel connection of two 5 kW modules. 5) They have been shown both simulation and experimental results of the application of circulating current reduction techniques to interlinking converters between the DC and the AC buses of hybrid microgrids. The experimental tests have been particularized to a 7.5 kW three-phase converter composed by a 5 kW and a 2.5 kW module connected in parallel, emulating an eventual 50 % power expansion. 6) Is has been carried out the simulation study of a 2 MW photovoltaic system composed by four 500 kW inverters connected in parallel, showing that the control of the zero-sequence currents greatly reduces the value of the circulating currents and improve the system performance. 7) Finally, it has been proposed a control technique for the improvement of the global efficiency of high power photovoltaic centralized inverters, which is based in the use of bidimensional functional efficiency models to activate/deactivate the power modules according to the operation point of the photovoltaic farm.
Liberos Mascarell, MA. (2021). Técnicas de control para la conexión en paralelo de inversores aplicadas a convertidores de interconexión entre los buses de CC y CA de microrredes híbridas e inversores fotovoltaicos centralizados de alta potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168190
TESIS

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-05-16T18:46:41Z No. of bitstreams: 1 HerculesAraujo.pdf: 4155547 bytes, checksum: a184b99018c0f978ec408861bdd090df (MD5)
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ)
This work proposes a topology of isolated microgrids with hybrid network (part in DC and part in AC) of electric power distribution. This topology can serve as an alternative model to the conventional AC distribution network model for the electrical service of isolated communities. The topology consists of using a main system of DC power distribution and subsystems with an AC distribution. DC/AC converters are strategically distributed along the DC main network, forming AC subsystems, in order to serve a certain number of consumers with AC loads. Although there are loads that can be fed in DC, this is not a reality for household loads, which are basically AC powered. Thus, the interest of this work is to evaluate the possible advantages of this topology over the conventional microrredes with distribution network in low voltage in AC. In this contexto, the analysis parameters to be studied are: the increasing the extension of the distribution network without the need to use transformers, electric conductors with larger cross sections or distributed generation; the efficiency in the distribution of energy, evaluating the losses, and the reduction of implantation and operation costs. In order to compare the microgrid with hybrid distribution network, an isolated microgrid with purely CA distribution network was adopted as reference: the microgrid with solar-wind generation of Lençóis Island, located in the northeast of Brazil, which has been in operation since July 2008.
Este trabalho propõe uma topologia de microrredes isoladas com rede híbrida (parte em CC e parte em CA) de distribuição de energia elétrica. Essa topologia pode servir como modelo alternativo ao modelo convencional de rede de distribuição de energia totalmente em CA para o atendimento elétrico de comunidades isoladas. A topologia consiste em utilizar um sistema tronco de distribuição de energia em CC e de subsistemas com distribuição CA. Conversores CC/CA são distribuídos estrategicamente ao longo da rede tronco CC, formando subsistemas CA, com a finalidade de atender determinado número de consumidores com carga em CA. Apesar de existirem cargas que podem ser alimentadas em CC, essa não é uma realidade para as cargas de uso doméstico, que basicamente são alimentadas em CA. Assim, o interesse deste trabalho é avaliar as possíveis vantagens dessa topologia sobre as convencionais microrredes com rede de distribuição em baixa tensão em CA. Neste contexto, os parâmetros de análise a serem estudados são o aumento da extensão da rede de distribuição sem a necessidade de se utilizar transformadores, condutores elétricos com seções transversais maiores ou geração distribuída; a eficiência na distribuição de energia, avaliando as perdas, e a redução de custos de implantação e operação. Para se comparar a microrrede com rede de distribuição híbrida, adotouse como referência uma microrrede isolada com rede de distribuição somente CA: a microrrede com geração eólica-solar da Ilha de Lençóis está localizada no nordeste do Brasil, a qual está em operação desde julho de 2008.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-02-18T13:57:51Z No. of bitstreams: 1 Henrique Tiggemann_.pdf: 3072800 bytes, checksum: d759a40bb6ab933bb882d6a0d2eb6a92 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-02-18T13:57:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique Tiggemann_.pdf: 3072800 bytes, checksum: d759a40bb6ab933bb882d6a0d2eb6a92 (MD5) Previous issue date: 2015-10-09
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares
A busca de novas alternativas para o suprimento de energia elétrica em comunidades isoladas sempre foi um desafio motivacional tanto de âmbito cientifico quanto social. Busca-se uma solução robusta, que consiga suprir a demanda solicitada da melhor forma possível e com o menor impacto ambiental. São apresentados neste trabalho a caracterização e o desenvolvimento de uma microrrede híbrida fotovoltaica, conectada a um simulador de carga experimental com suporte a acesso remoto. A microrrede é constituída de quatro módulos fotovoltaicos de duas tecnologias, mono e multicristalino, totalizando 570 W pico de potência e com capacidade máxima de suprir um conjunto de cargas de até 1 kW em tensão alternada de 220 V. Também faz parte da microrrede um banco de estocagem inicial de energia de 200 Ah com tensão nominal de 24 V, formado por baterias seladas associadas em série/paralelo e um quadro de comando onde fica situado o controlador Arduíno e demais componentes de conversão de energia. Para avaliar a microrrede em dias que o banco de estocagem estiver em nível mínimo, foi utilizada a rede da concessionária simulando uma fonte alternativa de energia, que pode ser pilha combustível, gerador a diesel, etc. Foi observado por meio de medições elétricas obtidas pelo sistema de aquisição que a microrrede está funcionando adequadamente. As cargas conectadas nesta microrrede são alimentadas segundo um perfil de funcionamento preestabelecido no projeto, com consumo diário de 962 Wh. Este perfil foi construído segundo um número de horas diárias para o funcionamento de cada carga da residência, podendo ser modificado pelo usuário visando uma economia de energia. A interrupção das cargas não prioritárias pode ser também realizada a distância. O sistema é monitorado e gerenciado através de um controlador Arduíno, e o acesso remoto realizado através de um computador conectado à rede de dados (internet). Tal acesso remoto permite visualizar o comportamento elétrico e energético da microrrede além de possibilitar a utilização do sistema para experimentos técnicos e implementação de novas ações de controle à distância. A microrrede está instalada no prédio C02 da UNISINOS.
The search for new alternatives for energy supply in island communities has always been a motivational challenge in the scientific and societal context. The aim is a robust solution which is able to meet the demand requested in the best way as possible and with the least environmental impact. Is being presented in this work the characterization and the development of a hybrid photovoltaic microgrid, connected to an experimental load simulator that supports remote access. The microgrid consists of four photovoltaic modules of two technologies, monocrystalline and multicrystalline totaling 570 W peak power and capacity to supply loads of up to 1 kW with alternating voltage of 220 V. Is also part of the microgrid an initial storage power bank of 200 Ah with a nominal voltage of 24 V, consisting of sealed batteries linked in series / parallel, and a control panel where the Arduino controller is located and other power conversion components. To assess the microgrid in days of the storage bank is at minimum, the power line grid was used to simulate an alternative source of energy, which can be fuel cell, diesel generator, etc. Has been observed through electrical measurements obtained by the acquisition system that the microrrede is working properly. Loads connected in this microgrid are powered according to operating profile predetermined in the project, with daily consumption of 962 Wh. This profile has been built according to a number of daily hours of operation of each residence load and can be modified by the user aiming energy savings. The interruption of non-priority loads can also be performed virtually. The system is monitored and managed through an Arduino controller, and remote access done through a computer connected to the data network (internet). Such remote access allows viewing the electrical and energetic behavior of the microrrede besides enabling the use of the system for technical experiments and implementing new distance control actions. The microgrid is installed on the C02 building at UNISINOS.

Submitted by repositorio repositorio (repositorio@unifei.edu.br) on 2015-10-13T17:57:56Z No. of bitstreams: 1 tese_gonzatti_2015.pdf: 2874431 bytes, checksum: 65ad16ab2b69996c9267be757cec9088 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-10-13T17:57:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_gonzatti_2015.pdf: 2874431 bytes, checksum: 65ad16ab2b69996c9267be757cec9088 (MD5) Previous issue date: 2015-08
Microrredes isoladas sofrem com problemas de qualidade de energia, como distorções harmônicas e ressonâncias, devido ao valor elevado das impedâncias de saída dos conversores que as compõem. Estas impedâncias são normalmente associadas aos filtros LCL necessários na saída dos conversores para reduzir seu ruído de chaveamento. Como são impedâncias complexas, elas são dependentes da frequência, e então muito sensíveis ao conteúdo harmônico das correntes de carga. Isto leva a distorções significativas na tensão da microrrede, altamente dependente da corrente de carga, que resulta em uma qualidade de energia indesejável para os consumidores. Os filtros ativos híbridos são uma escolha razoável para compensação harmônica possibilitando um desempenho aprimorado na filtragem com custo reduzido quando comparados aos filtros ativos convencionais. Esta tese propõe uma nova aplicação para os filtros ativos híbridos como forma de melhorar o desempenho de microrredes isoladas com alta impedância equivalente. O filtro híbrido altera a impedância equivalente da microrrede fazendo com que ela se comporte como um sistema mais forte, transformando-a em um barramento quasi-infinito, se tornando assim menos sensível aos problemas de qualidade de energia já mencionados. É apresentada a conceituação das microrredes e dos conversores que dela fazem parte e a implementação prática de uma microrrede monofásica composta por um conversor e cargas com diferentes características. Os problemas relacionados à qualidade da energia nesta microrrede são demonstrados por meio de ensaios práticos e possíveis soluções são brevemente discutidas. Os conceitos e fundamentos do filtro ativo híbrido são apresentados juntamente com a implementação prática de um protótipo monofásico e seu funcionamento é comprovado através de resultados práticos. Por fim o filtro é inserido na microrrede onde, por meio de resultados experimentais, se mostra capaz de mitigar os problemas de qualidade de energia gerados pelas cargas não lineares dentro da microrrede. Também são feitas análises mostrando a alteração da impedância equivalente da fonte com a ação do filtro híbrido, tornando a microrrede um barramento quasi-infinito.

Submitted by repositorio repositorio (repositorio@unifei.edu.br) on 2015-11-13T11:53:39Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_pinzon_2015.pdf: 3455435 bytes, checksum: 8b1e14d1fc42b72e31adf2c6d641a770 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-11-13T11:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_pinzon_2015.pdf: 3455435 bytes, checksum: 8b1e14d1fc42b72e31adf2c6d641a770 (MD5) Previous issue date: 2015-07
No Brasil foi introduzida a Resolução Normativa No. 482/2012 da ANEEL, que define o sistema de compensação de energia para geradores com fontes renováveis com capacidade de até 1MW. Uma maneira de aproveitar as vantagens que tem este sistema de compensação é aplicar as fontes renováveis num sistema elétrico de pequena escala ou microrrede elétrica, criando a possibilidade de obter um benefício econômico. Determinar corretamente a capacidade de projeto dos sistemas de geração e armazenamento de energia para melhorar o potencial benefício econômico é o assunto principal deste trabalho, onde se modelam energeticamente os sistemas de geração elétrica por tecnologia fotovoltaica, eólica e micro turbina a gás, além de modelar a bateria de chumbo-ácido para armazenamento energético incluindo sua degradação nos custos operacionais. Depois se simula o comportamento energético de uma microrrede que inclui estas tecnologiasconectadas à rede elétrica principal com sistema de compensação de energia ou sistema Net Metering, com base em dados históricos de radiação solar, vento e dados característicos de cada dispositivo, obtendo o custo anualizado médio de energia como principal indicador de decisão para encontrar, através de um algoritmo de otimização por enxame de particulas, a combinação de capacidades unitárias que minimiza este custo. Na etapa final do trabalho o algoritmo de otimização é aplicado para dimensionar uma microrrede que seria implantada no campus Professor José Rodrigues Seabra, sede Itajubá da UNIFEI, encontrando que nas condições atuais a tecnologia mais promissora neste local é a fotovoltaica, precisando uma redução minima de 33% nos custos do painel fotovoltaico, com esta redução a quantidade de paineis que minimiza o custo anualizado médio de energia é de 3500.

[ES] Dos aspectos críticos en la operación de una microrred son las estrategias de control y gestión de potencia implementadas, las cuales son esenciales para proporcionar su buen funcionamiento. La aplicación adecuada de dichas estrategias permite compensar los desequilibrios de potencia causados por la discontinuidad de la generación y de la demanda de energía en las microrredes. En este sentido, el objetivo global de estas estrategias de gestión es equilibrar adecuadamente el flujo de potencia en la microrred, mediante la aplicación de diferentes algoritmos que permiten cumplir con los criterios de estabilidad, protección, balance de potencia, transiciones, sincronización con la red y gestión adecuada de la microrred. En el caso de microrredes de pequeña escala de potencia con bajo número de generadores y sistemas de almacenamiento distribuidos, las estrategias de control centralizado ofrecen un alto nivel de flexibilidad para lograr funcionalidades avanzadas en la microrred y una adecuada distribución de la potencia entre los convertidores que la conforman. Esta tesis se ha enmarcado en el contexto de algoritmos de gestión centralizada de potencia de una microrred de generación distribuida en modo conectado a red. Los algoritmos presentados se pueden aplicar a los convertidores de potencia conectados al bus DC de una microrred AC/DC híbrida o en una microrred de DC, donde el despacho de potencia es observado y gestionado por un controlador central. Este último adquiere datos del sistema mediante una infraestructura de comunicaciones y estima la potencia que gestionará cada uno de los convertidores de potencia, sistemas de almacenamiento y cargas en funcionamiento. En este estudio se muestra la validación experimental de las estrategias de gestión aplicadas en la microrred desde el enfoque del comportamiento de los convertidores de potencia, de las baterías y las cargas ante dicha gestión. Se verifica la estabilidad de la microrred sometiendo a los convertidores a diferentes escenarios de funcionamiento. Estos escenarios pueden ser fluctuaciones en la irradiación, la demanda, el estado de carga de las baterías, los límites máximos de exportación/importación de potencia desde/hacia la microrred hacia/desde la red principal y de la tarifa eléctrica. Adicionalmente, se propone un sistema de almacenamiento de energía en baterías encargado de mantener el equilibrio de potencia en el bus de DC de la microrred que permite aprovechar las fuentes de generación renovables presentes en la microrred y maximizar el tiempo de servicio de las baterías mediante la aplicación de un algoritmo de carga de las baterías. Este último se ajusta al procedimiento de carga especificado por el fabricante, estableciendo las tasas de carga en función de los escenarios en que la microrred se encuentre. El procedimiento de carga en las baterías es fundamental para garantizar las condiciones adecuadas de operación de las mismas, ya que toman en consideración los parámetros establecidos por el fabricante, como son: tasas de carga/descarga, tensión máxima de carga, temperaturas de operación, etc.
[CAT] Dos dels aspectes crítics en l'operació d'una micro-xarxa són les estratègies de control i gestió de potència implementades, les quals són essencials per proporcionar el seu bon funcionament. L'aplicació adequada de dites estratègies permet compensar els desequilibris de potència causats per la discontinuïtat de la generació i demanda d'energia en les micro-xarxes. En aquest sentit, l'objectiu global de les nomenades estratègies de gestió és equilibrar adequadament el flux de potència en la micro-xarxa mitjançant l'aplicació de diferents algoritmes que permeten complir amb els criteris d'estabilitat, protecció, balanç de potència, transicions, sincronització amb la xarxa i gestió adequada de la micro-xarxa. En el cas de micro-xarxes de potència a petita escala i amb baix nombre de generadors i sistemes d'emmagatzematge distribuïts, les estratègies de control centralitzades ofereixen un alt nivell de flexibilitat per aconseguir funcionalitats avançades en la micro-xarxa i una adequada distribució de la potència entre els convertidors que la conformen. Aquesta tesi s'ha emmarcat al context d'algoritmes de gestió centralitzada de potència d'una micro-xarxa de generació distribuïda en mode de connexió a xarxa. Els algoritmes presentats es poden aplicar als convertidors de potència connectats al bus DC d'una micro-xarxa AC/DC hibrida o en una micro-xarxa de DC, on el despatx de potència és observat i gestionat per un controlador central. Aquest últim adquireix dades del sistema mitjançant una infraestructura de comunicacions i estima la potència que gestionarà cadascun dels convertidors de potència, sistemes d'emmagatzematge i càrregues en funcionament. En aquest estudi es mostren la validació experimental de les estratègies de gestió aplicades en la micro-xarxa des d'un enfocament dels convertidors de potència, de les bateries i les càrregues davant d'aquesta gestió. Es verifica l'estabilitat de la micro-xarxa exposant als convertidors a diferents escenaris de funcionament. Aquest escenaris poden ser fluctuants en la irradiació, la demanda, l'estat de càrrega de les bateries, els límits màxims d'exportació/importació de potència des de/cap a la micro-xarxa cap a/des de la xarxa principal i de la tarifa elèctrica. Addicionalment, es proposa un sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries encarregats de mantindre l'equilibri de potència al bus DC de la micro-xarxa i que permet aprofitar les fonts de generació renovables presents en la micro-xarxa i maximitzar el temps de servei de les bateries mitjançant l'aplicació d'un algoritme de càrrega de bateries. Aquest últim s'ajusta al procediment de càrrega especificat pel fabricant, establint les taxes de càrrega en funció dels escenaris en que la micro-xarxa es trobe. El procediment de càrrega a les bateries es fonamental per garantir les condicions adequades d'operació de les mateixes, ja que prenen en consideració els paràmetres establerts pel fabricant, com ara són: taxes de càrrega/descàrrega, tensió màxima de càrrega, temperatures d'operació, etc.
[EN] Two critical aspects in microgrids operation are the control and power management strategies, which are essential for their efficient operation. The adequate application of these strategies allows compensating the power imbalance caused by the discontinuity in the energy generation or changes in the power demand of the microgrid. In this sense, the overall objective of these power management strategies is to keep the power balance between the generation and the demand in the microgrid through the application of different algorithms that fulfill the criteria of stability, protection, smooth transitions and synchronization with the main grid. In the case of small-scale microgrids with a low number of distributed generators and energy storage systems, the centralized control strategies offer a higher level of flexibility to achieve advanced features in the microgrid and for the suitable power sharing between the converters that compose it. This thesis has been focused on centralized power management algorithms of a microgrid working in grid connected mode. These algorithms can be applied to the power converters connected to the DC bus of both hybrid AC/DC and DC microgrids, where the power dispatch is controlled by a central controller which acquires system data through a communication infrastructure and sets the power to be managed by each of the converters under operation. In this thesis, the experimental validation of the power management strategies of the microgrid is presented, from the point of view of the behavior of the power converters, batteries and loads. It is provided with a realistic evaluation under different microgrid operation scenarios. These scenarios were sudden changes of the irradiation, load, state of charge, the maximum power to be exported/imported from/to the microgrid to/from the grid, and the electricity tariff. Additionally, it is proposed a battery energy storage system that keeps the power balance at the DC bus of the microgrid, taking advantage from the renewable energy sources and adjusting the battery energy storage through a suitable charging procedure specified by the manufacturer. The proposed procedure changes the charging parameters of the batteries depending on the microgrid states. Its goal is to extend the service time of batteries and to allow proper energy management in the system.
Salas Puente, RA. (2019). Gestión eficiente de los convertidores de potencia conectados al bus DC de una Microrred híbrida de generación distribuida [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118658
TESIS

Este trabalho apresenta a análise e o desenvolvimento experimental de uma estrutura topológica de retificador híbrido trifásico que oferece as características operacionais de imposição de correntes de linha de entrada senoidais, de alto fator de potência, de reduzida distorção harmônica total de corrente e de fornecimento de um barramento CC com tensão regulada utilizando a inovadora técnica de Compensação Série de Tensão no Barramento CC tanto para condições normais de suprimento da rede elétrica como para condições de afundamentos temporários de tensão equilibrados e desequilibrados na rede CA. Para corroborar com a teoria exposta e com as análises de simulação computacional, um protótipo de 5 kW foi construído e ensaios experimentais realizados em laboratório permitiram demonstrar que para condições normais de suprimento da rede CA a solução proposta assegura distorções harmônicas de corrente na ordem de 2% e um fator de potência por fase próximo do valor unitário (0,996), além de ser capaz de regular e manter a tensão no barramento CC constante mesmo durante o transitório provocado por um degrau de carga de alta potência. Durante a ocorrência de afundamentos de tensão, a estrutura é capaz de regular a tensão do barramento CC no valor de referência estabelecido, assegurando elevado fator de potência mesmo durantes estes distúrbios da rede CA de alimentação. Destaca-se que estas características operacionais, além de serem alcançadas com os conversores chaveados que compõem a estrutura processando apenas uma parcela da potência total de saída, tornando o conjunto mais eficiente e robusto, fazem da estrutura proposta uma excelente alternativa para aplicações com elevados níveis de potência envolvendo a alimentação de cargas CC sensíveis aos distúrbios provocados pela rede CA e para aplicações que compreendem a compensação de oscilações de tensão devido às intermitências dos sistemas de microgeração que compõem as redes de distribuição em corrente contínua das microrredes.
This work presents the analysis and the experimental development of a topological structure of three-phase hybrid rectifier, which provides operational characteristics for imposing sinusoidal input line currents, with high power factor, low current total harmonic distortion and providing a DC bus with regulated voltage using the innovative technique of Series Voltage Compensation in the DC Bus for both normal conditions of mains power supply and for temporary sags for balanced and unbalanced voltage ac power supply conditions. In order to corroborate the exposed theory and with computational simulation analysis, a 5 kW prototype was assembled and experimental tests were conducted in laboratory. The results demonstrated that under normal conditions of AC mains supply the proposed solution ensures harmonic distortions about 2 % for the input AC currents and a power factor per phase approximately unitary (0.996). Moreover, the prototype can regulate and maintain the DC bus voltage in a constant value even during the transient caused by a high-power load step. During the occurrence of voltage sags, the structure can regulate the DC bus voltage in the established reference value, ensuring high power factor even during AC mains power supply disturbances. One can emphasize that these operational characteristics, in addition of being achieved with the switched converters that comprise the structure processing only an amount of the total output power, was observed that the whole assembly is more efficient and robust. The proposed structure is an excellent alternative for supplying high power DC loads sensitive to disturbances caused by AC mains and for applications involving voltage oscillations compensation due to intermittences of microgeneration systems that are connected to DC distribution of microgrids.
Tese (Doutorado)

Esta tese de doutorado visa o estudo e o desenvolvimento de topologias e técnicas de controle para a integração de fontes alternativas tais como, solar e eólica acopladas a um barramento comum em corrente continua (CC) e conectá-las à rede de distribuição. O sistema contará também com elementos armazenadores como bancos de baterias e ultracapacitores, formando assim uma estrutura híbrida de armazenamento. Algoritmos de gerenciamento de energia serão implementados para que o perfil de injeção de potência na rede seja suave, eliminando as oscilações que são criadas, naturalmente, por fontes dependentes de fatores climáticos. Como consequência, os sistemas formados por fontes alternativas podem se tornar confiáveis e previsíveis, melhorando a capacidade de planejamento em um cenário cujos sistemas apresentem uma participação elevada na matriz energética. Duas metodologias de gerenciamento de energia são executadas neste trabalho, na primeira o ultracapacitor é gerenciado de modo a permitir a transferência de potência constante para a rede de distribuição em intervalos da ordem de minutos. A segunda estratégia se baseia no uso de banco de baterias combinado com ultracapacitores, formando uma estrutura híbrida de armazenamento. Nessa estrutura de gerenciamento, os armazenadores se comunicam entre si de forma a realizar um compartilhamento e filtragem de energia, fazendo com que transitórios de potência não sejam transmitidos para a rede de distribuição. Nesta estratégia, as baterias são responsáveis pelo fornecimento/absorção da potência média enquanto os ultracapacitores se encarregam dos transitórios. No segundo instante outras duas metodologias de divisão de carga são propostas para microrredes híbridas, contudo são baseadas em estratégias descentralizadas, ou seja, os armazenadores não se comunicam entre si para realizar o compartilhamento. Resultados experimentais e simulações irão comprovar a efetividade das metodologias de gerenciamento propostas.
This Ph.D. dissertation aims the study and development of topologies and control techniques to integrate various alternative sources such as solar and wind, coupled to a direct current (DC) common bus and connect them to the distribution grid. Storage devices such as battery banks and ultracapacitors will form a hybrid storage structure that is responsible for the power supplying in periods in which the sources are unable (times of the day in which the light incidence is low or when the wind amount is scarce). Power management algorithms will be implemented so the alternative sources and storage devices exchange energy, in order to make smoother the power injection profile in the grid, eliminating the fluctuations that are created naturally by alternative sources. With a smooth power profile, energy management systems based on alternative sources may become more reliable and predictable, improving planning capacity in a scenario in which the renewable energy sources have a high penetration in the energy matrix. To obtain such a result, two power management methodologies are executed; the first one is based on ultracapacitors and aims to deliver constant power to the distribution network, even when the power production is zero. However, this technique allows constant power just for a few minutes, once the ultracapacitor capacity is limited. The second strategy is based on the bank of batteries combined with ultracapacitors, forming the hybrid storage system. In this management structure, the storage devices communicate with each other in order to perform a power sharing, resulting in a filtrated power profile delivered to the distribution network. In this strategy, the batteries are responsible to providing average power while ultracapacitors are in-charge of the transient power, sparing the batteries from supplying power peaks. In a second moment, two other load sharing methodologies are proposed for hybrid systems, but are based on decentralized techniques, i.e. storage devices do not communicate with each other to make the power sharing. Experimental and simulated results will prove the effectiveness of the control strategies and management methodologies.

Nos tempos atuais a eficiência energética e a coordenação inteligente dos recursos da rede são tópicos de maior importância. As microrredes híbridas apresentam-se como uma solução interessante para a integração coordenada de fontes de geração e cargas DC ou AC nos barramentos DC ou AC respetivamente. Isto permite eliminar algumas etapas de conversão que tradicionalmente existem nas redes AC, aumentando assim a eficiência energética. Neste trabalho utilizou-se um conversor multinível para interligar uma microrrede AC a uma microrrede DC. O conversor de interligação é capaz de realizar o controlo das correntes AC, da tensão DC ou da tensão AC, dependendo dos cenários de funcionamento da microrrede híbrida. As correntes AC do conversor foram controladas através das técnicas de controlo por modo de deslizamento (MD) e modulação por largura de impulsos (PWM), partindo dos modelos das variáveis de estado do conversor. As tensões das microrredes AC e DC foram controladas utilizando malhas externas com controladores PI (Proporcional-Integral). O conversor de interligação foi simulado na plataforma MATLAB/Simulink nos três cenários de funcionamento. Os resultados de simulação foram posteriormente confirmados em laboratório através de um protótipo de baixa potência. Os resultados obtidos demonstraram uma resposta dinâmica rápida das correntes AC em ambos os métodos de controlo, com a técnica PWM a apresentar harmónicas mais reduzidas. O controlo de tensão da microrrede DC foi bem efetuado e permitiu reagir adequadamente a mudanças de referência e ao aumento do consumo da microrrede DC. No caso em que existe geração local o conversor foi capaz de realizar o equilíbrio entre a potência produzida e a potência consumida, transferindo o excesso de potência para a microrrede AC. O controlo de tensão da microrrede AC, permitiu regular de forma adequada as tensões trifásicas e reagir a mudanças de referência e variações do consumo.
Energy efficiency and smart coordination of grid resources are issues of utmost importance nowadays. Hybrid microgrids are an interesting solution for the integration of AC and DC loads and generation sources in their respective AC or DC buses. This allows for a reduction of voltage conversion stages that are prevalent in the more traditional AC grid, leading to a higher efficiency. In the scope of this work a multilevel converter was used to interconnect an AC microgrid to a DC microgrid. The interlinking converter can control either the AC currents, the DC bus voltage, or the AC bus voltage, depending on the hybrid microgrid operation mode. The converter AC currents were controlled using sliding mode and pulse width modulation (PWM) techniques starting from the converter state variable representation. The AC and DC microgrid voltages were controlled by outer loop PI (Proportional Integral) controllers. The three operation modes of the interlinking converter were simulated using MATLAB/Simulink. A low power laboratory prototype was later used to further confirm the simulations results. The results showed a fast dynamic response of the AC currents, using both control techniques. PWM however resulted in reduced harmonics. The DC microgrid voltage control was successfully implemented and resulted in a good response following changes in voltage reference and DC microgrid consumption. When local power production was available, the converter was able to transfer the excess power to the AC microgrid, thus balancing the produced and consumed local power. The AC microgrid voltage control was capable of adequately regulate the three phase AC voltages and react to changes in voltage reference and local power consumption.

Com o aumento na Geração Distribuída (GD) no Sistema Interligado Nacional (SIN) associado ao conceito de smartgrids se tornam presente, as microrredes inteligentes, têm surgido em várias países e com alguma penetração no Brasil. Há um avanço da GD Solar para uso residencial, no qual a geração de energia é injetada diretamente na rede de distribuição, sendo que o controle do balanceamento de corrente nas fases está diretamente associado a fase que a unidade consumidora está conectada, havendo um controle por parte da empresa de distribuição. Todavia, há casos particulares que são as microrredes isoladas, aquelas que não estão conectadas a rede de distribuição, possuindo geração, por meio de geração solar ou eólica ou sistemas híbridos, e com banco de baterias e conversores para à formação da rede. Nesses casos o balanceamento de corrente nas fases se torna importante, pois os conversores são setados, a não permitir sobrecargas acima de 25 % por fase. Neste trabalho é apresentado um hardware para o balanceamento automático de fases, de forma a preservar a vida útil dos conversores, reduzir o número de desligamentos por sobrecarga, além de reduzir as perdas no ponto de conexão da microrrede.

Este artigo apresenta uma metodologia para a avaliação do risco de instabilidade em uma microrrede durante a transição para o modo de operação ilhado em um ilhamento não planejado. Nesse caso, a transição bem-sucedida depende da carga e da geração correspondente na microrrede no instante da ocorrência do ilhamento e do esquema de detecção de ilhamento usado para alterar os controles dos geradores. A metodologia é aplicada a uma microrrede composta por geração eólica e geração síncrona. O esquema é aplicado à microrrede considerando um esquema de detecção de ilhamento híbrido, o qual após a detecção da condição ilhada é também responsável por alterar os controles do gerador síncrono distribuído para manter a tensão e a frequência da microrrede nos níveis requeridos. A aplicação da metodologia permite obter o nível de risco de instabilidade na microrrede após a ocorrência de um ilhamento não planejado, de forma que a transição não ocorra de forma bem sucedida.

En una de las prácticas de la asignatura Redes eléctricas inteligentes del Máster Universitario en Tecnología Energética para Desarrollo Sostenible de la UPV, se pide realizar el diseño de una microrred con un sistema solar PV y almacenamiento en baterías. Actualmente para realizar dicho diseño existen programas informáticos utilizados a nivel empresarial, como el PVSyst o el SAM, para el caso del diseño o Homer para llevar a cabo el análisis económico. Estas herramientas, aunque útiles, tienen un coste elevado y, como es habitual en programas informáticos, tienen limitaciones a la hora de modificar el método a utilizar. Al introducir los cálculos en MS Excel por sí mismo, comparado con softwares, se mejora el aprendizaje de los estudiantes. También se podría realizar el diseño de forma manual, pero es un procedimiento muy laborioso y se pueden cometer errores durante la realización de los cálculos. En este documento se explica y utiliza una metodología innovadora para realizar el diseño de un sistema de generación de energía de 12 kW, a través de una herramienta viable y utilizada por los estudiantes durante sus estudios como es el caso de Microsoft Excel. Como resultado de aplicar la innovación, el estudiante obtiene el diseño del sistema propuesto, el cual incluye la selección y el dimensionamiento de los paneles solares, inversores y baterías, así como la integración de todos los componentes en el sistema. Mediante este diseño el estudiante desarrolla las competencias transversales UPV 1 a 5 y 9.