Aplicación de una red inteligente a las redes de distribución de El Salvador considerando la generación distribuida

En esta investigación, se presentan las diferentes características, elementos y beneficios de una red inteligente, así como también la metodología de transformación de una red normal a una Smart Grid. Por otro lado, se realiza una revisión de la normativa existente en El Salvador y se propone la realización de una nueva normativa para la implementación de una Smart Grid con base a normas internacionales. Además se muestra de manera general, un software para la simulación de una Smart Grid. Finalmente se presenta una estimación de los costos de aplicación con base a estudios internacionale

Metodología de diseño conceptual de la automatización de red de distribución de energía que permita la integración de recursos energéticos distribuidos (DER) e implementación de estrategias de gestión de demanda (DSM).

El presente documento describe el desarrollo del proyecto: Metodología de diseño conceptual de la automatización de red de distribución de energía que permita la integración de recursos energéticos distribuidos (DER) e implementación de estrategias de gestión de demanda (DSM). Inicialmente se presenta la conceptualización de Smart Grids a nivel mundial y una breve explicación de los conceptos usados dentro del texto. Luego, se plantea una metodología general para el diseño conceptual de automatización de redes, la cual fue aplicada para el diseño conceptual de la automatización de la red eléctrica de la Universidad Nacional, sede Bogotá. Esto requiere un análisis de la red existente donde se verifica la capacidad técnica de las instalaciones, subestaciones, transformadores, cables, encontrando que los transformadores están sobredimensionados para la carga actual. Posteriormente, se evalúa la infraestructura eléctrica y de comunicaciones existentes con el fin de establecer de forma general los requerimientos adicionales en cuanto a sistema de gestión, medición avanzada en subestaciones y edificios, generación distribuida y sistemas de protección y comunicación, que una vez integrados a la red de distribución eléctrica habilitan su automatización. Adicionalmente, considerando el objetivo de permitir fuentes de energía renovable se realiza el estudio de capacidad de generación fotovoltaica e impacto en el comportamiento de las variables de la red que junto con la información en tiempo real de cada edificio permiten establecer estrategias de gestión que se ajustan a las necesidades de cada uno. Finalmente, se realizó un análisis económico evaluando la inversión necesaria para su implementación.Abstract: This document describes the development of the project: Conceptual design methodology of the distribution grid automation that allows the integration of distributed energy resources (DER) and the implementation of demand strategies management (DSM). Initially the conceptualization of Smart Grids worldwide and a brief explanation of the concepts used in the text is presented. Then, a general methodology for the conceptual design of grid automation it was proposed, which it was applied to the conceptual design of the automation of the electrical grid of the Universidad Nacional, sede Bogotá. This requires an analysis of the existing network where the technical capacity of the installations, substations, transformers, cables, and transformers this are oversized for the actual load. Subsequently, it assesses the existing electrical and communications infrastructure in order to establish the necessary requirements in a management system, advanced measurement in substations and buildings, distributed generation and protection and communication systems, that it enable automation. In addition, considering the objective of allowing renewable energy sources, the study of the photovoltaic generation capacity, the impact of the behavior of the network variables together with the real-time information of each building allow establish demand management strategies about t he needs of each one, was carry out. Finally, an economic analysis was carry out evaluating the investment required for its implementation.Maestrí

Desarrollo de un sistema de protección de sobrecorriente en una red de distribución con inyección de fuentes alternas de energía.

El presente trabajo se ha desarrollado como requisito para optar al título de ingeniero electricista de la Universidad del Valle, Colombia, teniendo como tema principal los esquemas de protección cuando se realiza una integración de generación cercana a los centros de consumo. Últimamente, ha surgido la tendencia en los sistemas eléctricos de realizar la generación de energía eléctrica a partir de recursos renovables y distribuidos, realizando dicha generación cerca a los centros de consumo y por lo tanto reduciendo perdidas económicas y aumentando la sostenibilidad ambiental en el proceso de conversión, transmisión y distribución de energía, sin embargo, la integración de una generación cercana a la carga es un cambio de paradigma frente a los sistemas eléctricos actuales donde la generación se realiza muy lejana a los centros de consumo. Un cambio de paradigma como este representa varios desafíos tanto técnicos (coordinación de protecciones) como económicos (despacho económico del sistema) a resolver con el fin de que en un futuro no muy lejano pueda implementarse la generación distribuida. El objetivo general de este trabajo, consiste en proponer un esquema de protección el cual resguarde los elementos que componen el sistema eléctrico sin dejar a un lado la coordinación tal que permite sacar la menor parte del sistema y no incurrir en pérdidas

Estado del arte de las redes inteligentes "smart grid"

Una red inteligente hace referencia a una red de energía avanzada, acorde con los adelantos y tendencias del siglo XXI, que incorpora los servicios y beneficios de las tecnologías de comunicación y computación digital a una infraestructura de transmisión y distribución de energía eléctrica, y que se caracteriza por un flujo bidireccional de energía e información que incluyen equipos instalados en la parte de la red del cliente y sensores asociados. Existe consenso respecto a su objetivo principal, en el cual se aspira a desarrollar una red eléctrica más eficiente y fiable, que mejore la seguridad y calidad del suministro, de acuerdo con los avances de la era digital. Las tecnologías Smart Grid disminuirán los costos en el suministro de energía eléctrica y reducirán la necesidad de una inversión masiva en infraestructura durante los próximos veinte años. En el aspecto ambiental existe un gran interés de los países en desarrollar políticas y reglamentaciones que incentiven la creación de conciencia social respecto a las consecuencias de los gases de efecto invernadero. El problema radica en el combustible utilizado por las plantas de generación de energía de manera tradicional y la producción durante los picos de demanda que obligan a activar plantas especiales para poder suplir esas necesidades adicionales de energía. Esas plantas se utilizan únicamente durante esos periodos, con los sobrecostos que ello supone y que repercute directamente en las facturas. Un dato muy significativo: en los Estados Unidos, un país desarrollado, el 40%de las emisiones de dióxido de carbono provienen de la generación eléctrica, mientras que únicamente el 20% son causadas por el transporte (Kaplan, 2009). Esto presenta un enorme desafío para la industria del sector eléctrico en términos del cambio climático global.Incluye bibliografía, anexo

Propuesta de nueva cadena de valor de redes eléctricas inteligentes para empresas del Pais Vasco.

En el presente Trabajo Fin de Máster se desarrolla el concepto de una nueva cadena de valor de las redes eléctricas inteligentes en el País Vasco para la Asociación Cluster de Energía. Dentro de este proyecto, se tiene en cuenta la integración de las Smart Grids en el sistema hasta la fecha, analizando tanto la arquitectura de dicha tecnología como el avance del sector en Euskadi. Además, se proponen medidas para actualizar el catálogo de Smart Grids de ACE. Estas actuaciones tienen como finalidad la actualización de la información existente en este segmento de mercado, con el objetivo de poder ofrecer un mejor servicio por parte del Cluster de Energía del País Vasco hacia las compañías y organismos asociados. De esta manera, se pretende impulsar al sector de bienes y equipos eléctricos del País Vasco en el ámbito de las nuevas actividades digitales. El presente Trabajo Fin de Máster contribuye a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Agenda 2030 promulgada por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). Concretamente, el TFM pretende realizar una aportación a los ODS 7: “Energía asequible y no contaminante”, ODS 8: “Trabajo decente, y crecimiento económico”, ODS 9: “Industria, innovación e infraestructura”, ODS 11: “Ciudades y comunidades sostenibles”, ODS 12: “Producción y consumo responsable” y ODS 17: “Alianzas para los objetivos”

Esquema de planificación de expansión de la red de distribución considerando generación distribuida

La planificación de la expansión de un sistema de distribución se encarga de abastecer la demanda de energía eléctrica con criterios de calidad, seguridad y confiabilidad; sin embargo, en el sistema de distribución se ha evidenciado la falta de respaldo para el suministro de energía hacia los usuarios por fallas eléctricas e interrupciones en el sistema eléctrico. También desde el plan de expansión en generación y transmisión de energía eléctrica en Colombia 2016-2030 se observa el problema de abastecimiento eléctrico para la demanda, además del impacto ambiental por emisiones de CO2 y de los gases efecto invernadero cuando la demanda es cubierta con plantas térmicas, efecto agudizado cuando se presenta escasez hídrica como en el caso del fenómeno de El Niño, donde el nivel de los embalses se reduce significativamente, llegando a sus mínimos operativos y en consecuencia aumentando la generación térmica hasta cubrir el 50% de la demanda. Según lo anterior la red de distribución deberá incluir en su planeación de la expansión la generación distribuida y como efecto de ello dará solución al problema de respaldo, abastecimiento y contaminación. Este documento desarrolla un esquema de trabajo para la planeación de la expansión de la red de distribución considerando la generación distribuida, mejorando el proceso de planificación dado en la Resolución CREG 179 de 2015, incluyendo en él un plan de penetración de generación distribuida, precisando e identificando los impactos sobre la planeación y sobre la red de distribución, contentando estos impactos en las etapas adecuadas del proceso de planificación.Abstract: The planning of the expansion of a distribution system is responsible for supplying the demand for electrical energy with criteria of quality, safety and reliability. However, in the distribution system, there has been a lack of backup for the supply of energy to users, due to electrical failures and interruptions in the electrical system. Also from the plan of expansion in generation and transmission of electrical energy in Colombia 2016-2030 is observed the problem of electricity supply for the demand in addition to the environmental impact of CO2 emissions and greenhouse gases, when the demand is covered with thermal plants, an effect that is exacerbated when there is a water shortage, as in the case of the El Niño phenomenon, where the level of the reservoirs is significantly reduced, reaching its operating minima and consequently increasing thermal generation to cover 50% of demand. According to the above, the distribution network must include distributed generation in its planning of the expansion and as a result it will solve the problem of backup, supply and pollution. This document develops a work plan for the planning of the expansion of the distribution network considering the distributed generation, improving the planning process given in Resolution CREG 179 of 2015, including in it a plan of penetration of distributed generation, specifying and identifying impacts on planning and the distribution network, contenting these impacts in the appropriate stages of the planning process.Maestrí

Estrategia de protección adaptativa basada en dispositivos de sobrecorriente para redes de distribución activas y microrredes CA

Actualmente en Colombia se han establecido políticas claras para la integración de fuentes no convencionales de energías renovables en toda la cadena de producción de energía eléctrica. Esto incluye a la integración de generación distribuida y sistemas de almacenamiento de energía en los sistemas de distribución, lo cual trae significativos retos en su operación y exige la integración de infraestructura de automatización y control para lograr que estas redes operen de manera confiable y eficiente. Esto llevará a una modernización de los sistemas de distribución, transformándolos en redes de distribución activas. Uno de los principales retos es en el diseño de los sistemas de protección para este tipo de redes, dado que la integración de estas fuentes dispersas y las funcionalidades de control cambian las características de las redes de distribución convencionales. Esto ocasiona la presencia de flujos bidireccionales, niveles de cortocircuito variables, cambios en la topología por reconfiguración, la conexión y desconexión de generación distribuida y de microrredes. Todos estos cambios afectan la operación de los sistemas de protección convencionales basados en dispositivos de sobrecorriente y por lo tanto, se requiere la formulación de nuevas estrategias de protección que considere las condiciones operativas de las redes de distribución activas. Esta tesis de maestría formula una estrategia de protección adaptativa basada en dispositivos de protección de sobrecorriente con varios grupos de ajuste. La estrategia usa técnicas de clustering para agrupar las condiciones operativas que presenten semejanzas entre sí y determina el ajuste de los dispositivos de protección para cada conjunto de condiciones operativas. Para el ajuste de los dispositivos de protección de sobrecorriente, la estrategia formula el problema de coordinación de protecciones como un problema de optimización no lineal entero-mixto y determina su solución mediante el uso de una técnica de algoritmos genéticos. La estrategia fue validada en el sistema IEEE34 nodos modificado, bajo diferentes condiciones de operación que incluyen cambios de topología, entrada y salida de generadores distribuidos y entrada y salida de una microrred. Los resultados obtenidos muestran que la estrategia de protección propuesta determina el ajuste de los dispositivos de protección que minimiza sus tiempos de operación y no viola ninguna de las restricciones, lo cual garantiza la coordinación entre los dispositivos.MaestríaMagister en Ingeniería Eléctric

SMART GRIDS: A connectivity strategy for the applications based on the Ethernet technology

Abreviaturas, figuras, tablasLa modernización de los sistemas tradicionales de potencia hacia el concepto de red eléctrica inteligente o Smart Grid ha traído consigo varios desafíos tecnológicos, que deben ser estudiados y evaluados antes de su despliegue. Ante esto, ha surgido la necesidad de encontrar nuevas estrategias y metodologías de simulación que permitan evaluar los componentes de una Smart Grid y la interacción entre ellos. Como una solución a la necesidad planteada, esta tesis de maestría presenta una estrategia que permite la transmisión de datos entre modelos de una Smart Grid implementados en simulación y/o en sistemas embebidos, a través de una red de comunicación real basada en la tecnología Ethernet convencional. Para determinar esta estrategia, se realiza una revisión de las técnicas de simulación para Smart Grids que son ampliamente utilizadas en la literatura. Posteriormente se realiza una revisión de los conceptos básicos sobre Smart Grids y las redes de comunicación basadas en la tecnología Ethernet. Con base en lo anterior, se realiza la propuesta de una estrategia de simulación basada en la técnica de hardware-in-the-loop (HIL), denominada estrategia de conectividad. Esta estrategia posee dos enfoques de aplicación. El primer enfoque permite su implementación en entornos de simulación. De la misma manera, el segundo enfoque permite su implementación en sistemas embebidos, en la cual se hace uso de kits de desarrollo basados en microcontroladores. Consecuentemente, se emplea la estrategia de conectividad en la simulación de tres redes de prueba, con un enfoque en la aplicación de la automatización del sistema de distribución (ADA). La primera red de prueba corresponde al sistema IEEE de 34 barras, el cual ha sido adecuado para que opere bajo una topología radial y una topología con conexión a la red principal con generación distribuida. La segunda red de prueba es una microrred que pertenece a un usuario industrial y posee una carga no lineal, un horno de arco eléctrico (HAE). Respecto a la tercera red de prueba, esta es una microrred que posee dos topologías de operación, en isla y conectada a la red principal con generación distribuida. Finalmente, a partir del análisis de los resultados obtenidos, se comprueba el funcionamiento de la estrategia de conectividad en sus dos enfoques. En consecuencia, se obtiene que el uso de la estrategia de conectividad ha permitido obtener tiempos del ciclo de comunicación desde 87 ms en tiempo real, para el primer enfoque y 12 ms en tiempo real, para el segundo enfoque.The modernization of the traditional power systems towards the Smart Grid concept has brought several technological challenges, which must be studied and evaluated before the deployment. Therefore, the need has arisen to find new simulation strategies and methodologies to evaluate the components of a Smart Grid and the interaction among them. As a solution to this need, this master thesis presents a strategy that allows the data transmission between Smart Grid models implemented in simulation or embedded systems, through a real communication network based on conventional Ethernet technology. In order to determine this strategy, a literature review is carried out for the basic concepts, the widely used simulation techniques, and the communication networks based on Ethernet technology for the Smart Grids. A simulation strategy is proposed based on the Hardware-in-the-loop (HIL) technique, called connectivity strategy. This strategy has two application approaches. The first approach allows its implementation in simulation environments. Similarly, the second approach allows its implementation in embedded systems, in which microcontroller-based development kits are used. Consequently, the connectivity strategy is employed in the simulation of three test networks, with a focus on the application of advanced distribution automation. The first test network corresponds to the 34-bus IEEE system, which has been adapted to operate under both a radial topology and a topology with connection to the main grid and the distributed generation. The second test network is a microgrid that belongs to an industrial user and has a non-linear load and electric arc furnace. The third test grid is a microgrid with two operating topologies, i.e., islanded and connected to the main grid and the distributed generation. Finally, from the analysis of the obtained results, the performance of the connectivity strategy in its two approaches is verified. It is observed that the use of the connectivity strategy has achieved communication cycle times of 87 ms and 12 ms as the shortest in real-time, for the first and second approaches, respectively.MaestríaMagister en Ingeniería - Ingeniería Eléctric

Integración de las Energías Renovables como Generación Distribuida en Redes Eléctricas Inteligentes en media Tensión en la Región del Cusco

Los sistemas energéticos en la región del Cusco están experimentando cambios relevantes, de sistemas centralizados hacia los sistemas energéticos distribuidos, porque estos sistemas emergentes utilizan las energías renovables, los nuevos conceptos y las innovaciones tecnológicas, con grandes interrogantes actuales que está relacionado con la generación y la demanda de energía eléctrica que se incrementa aceleradamente, específicamente en el actual del sistema eléctrico Sicuani con y sin generación distribuida, analizando el comportamiento de las redes de distribución para una proyección de demanda eléctrica al 2016, los cuales han traído consigo la saturación de las redes distribución, incremento de pérdidas y afectando la calidad del servicio. Por lo tanto, en esta tesis de investigación se plantea en primera instancia un análisis de la problemática que conlleva la configuración de los sistemas eléctricos actuales, luego se plantean las alternativas de solución importantes y sus requerimientos que dirigen la evolución del sistema de distribución de energía eléctrica hacia Smart Grid, con integración de energía renovable que le brinda mayor seguridad e inteligencia al sistema, con infraestructura de medición avanzada, integrando las tecnologías de la información y la comunicación, ofreciendo un mayor aprovechamiento de las fuentes de energía alternativa como generación distribuida, dando a conocer las ventajas y desventajas que conlleva la incorporación de la generación eléctrica distribuida de Langui y Hercca en el sistema electrico de distribución Sicuani. Una de las propuestas importantes es el cambio de paradigma con un nuevo modelo de redes inteligentes aplicadas al alimentador SI-01 de Sicuani, para dar una alternativa de solución a la problemática de Interrupciones, automatizando las redes de distribución de suministro de la energía eléctrica y obtener una respuesta más rápida frente a las fallas externas con indicadores SAIFI y SAIDI y una adaptación al uso de los sistemas de protección inteligentes con equipos de tecnología de punta.Tesi

Relación de la automatización del sistema de ventilación para el control de gases presentes en interior mina con la optimización de la distribución de energía eléctrica de la Compañía Minera Raura S.A., 2019

El presente trabajo tuvo como objetivo determinar cómo la automatización del sistema de ventilación (SCADA) relacionado al control de gases presentes en interior mina influye en la óptima distribución de energía eléctrica de la Compañía Minera Raura S.A., 2019. Se empleó el método científico, de corte hipotético-deductivo basado en la observación. El nivel de investigación fue el explicativo y de tipo aplicado. El diseño de la tesis fue no experimental de corte transversal. La población recae en asumir a los troncales donde el sistema SCADA fue implementado (sistema de ventilación en dichas secciones), determinando a la muestra en un entorno no probabilístico al troncal 1, de modo que los componentes instaurados como tal para tal ramificación se evidencien, tras su análisis, como un aporte en el objeto de la determinación de la optimización de la distribución de la energía eléctrica. Se ha determinado que las condiciones de operación del sistema de ventilación controlada por la automatización con SCADA se relacionan positiva y moderadamente con el control de los parámetros de operación del motor que acciona al sistema de ventilación respecto de su temperatura y vibración, mientras que para el control de la velocidad del viento tiende por ser insignificante por ser producto de la ventilación en interior mina y no directamente relacionada con la distribución de energía eléctrica más solo la lectura de anemómetros, mientras que para los parámetros eléctricos, respecto de su comparación frente a la potencia distribuida, se determinó una relación positiva y moderada, de modo que aporta dentro de la optimización de la distribución de energía eléctrica como sistema de automatización que permite controlar adecuadamente las operaciones en el proceso de ventilación. Finalmente, se concluye que la automatización del sistema de ventilación mediante el soporte SCADA, relacionado al control de gases presentes en interior mina, influye en la óptima distribución de energía eléctrica de la Compañía Minera Raura S.A., 2019, ya que favorece al control adecuado de los parámetros eléctricos: voltaje (μv = 0.087), corriente (μc = 0.069) y frecuencia (μf = 0.172) asociados a la potencia distribuida (kW), así como se relaciona positiva y moderadamente con el control adecuado de las condiciones de operación del sistema de ventilación (temperatura y vibración del motor de los ventiladores), además de generar interfaces de control a distancia y en tiempo real, lo cual permite escenarios de menos interrupciones en las actividad en interior mina