Óptimo despliegue de redes de distribución con Generación Distribuida usando micro turbinas.

El documento muestra el método para resolver problemas de Despliegue de Redes de Distribución (RD) con Generación Distribuida (GD), debido al continuo crecimiento urbanístico que genera inconvenientes en la planificación de las mismas, la solución del despliegue óptimo considera minimizar costos de conectividad reduciendo las pérdidas de tensión con la incorporación de GD. Se usa la heurística k-means para dividir a los usuarios, luego mediante el análisis de las distancias mínimas se logra generar las rutas óptimas para las redes con el uso de árbol mínimo de expansión de Steiner Tree (MST), permitiéndonos unir la GD mediante un despliegue óptimo en un sistema radial. En este trabajo nos enfocamos en determinar la ruta óptima de las redes considerando los aspectos técnicos y económicos, reduciendo costos por despliegue y mejorando la confiabilidad del sistema. Se propone una solución al despliegue óptimo de redes de distribución con generación distribuida minimizando distancia y reduciendo costos en nuevas RD, además la heurística fue desarrollada con el simulador MATLAB, considerando un sistema de 7 nodos de generación aleatorios en un plano XY.This document shows the method to solve Distribution Network Deployment (DND) with Distributed Generation (DG), because of the constant urban increase that generates inconvenients in the process of planning the solution of the optimum deployment considers to minimize the connectivity costs reducing the pension losses with the GD incorporation. It is used the k-mean heuristic to divide users with the respective nodes, then through the analysis of minimal distances it is able to generate ideal routes to networks with the use of Steiner Tree’s minimal expansion tree Alison is to connect the DG through through an ideal deployment in a radial system. In this paper work we focus in determining the optimum rout of networks thinking about the technical and economic aspects, reducing deployment costs and improving the system’s trust. A distribution network to the optimum deployment is proposed with distributed generation minimizing distance and reducing costs in new RD, also heuristic was developed with the MATLAB simulator considering a 7 random generation nodes system in an XY plane

Microturbine Control Modeling to Investigate the Effects of Distributed Generation in Electric Energy Networks

The great attention of research initiatives to sustainable energy systems calls for contributions in modeling new small size generation plants exploiting innovative technologies. In such a context, the paper presents detailed models of the components and controls forming the thermo-mechanical and electric subsystems of a microturbine power plant. The modeled thermo-mechanical subsystem includes different control loops: a speed controller for primary frequency control (droop control), an acceleration control loop, which limits the rotor acceleration in case of sudden loss of load or in case of start-up, and a controller to limit the temperature of the exhaust gases below the maximum admissible temperature. The modeling of control schemes in the electric subsystem is another key issue of the paper in view of providing efficient energy production from distributed generation: an active power-voltage (PV) control is adopted for the inverter in case of the operation of a microturbine connected to the grid. This control scheme provides an innovative contribution with respect to the usually adopted active power-reactive power (PQ) control scheme. The adoption of the PV control scheme allows to evaluate the contribution of microturbines to voltage support in electric distribution grids. In case of isolated operation of the generation source a voltage-frequency (VF) control scheme is proposed. A test grid is set up for model validation and the simulation results are described and discussed

Étude d’un système hybride pile à combustible / microturbine dans un contexte microréseau rural isolé

Rural areas, often far away from the main electric grid, are particularly suitablefor the deployment of microgrids (MG). This type of grid allows a restructuring oftoday's power grid in order to integrate more efficiently renewable power sources.Biogas, produced by anaerobic digestion of agricultural wastes, is a renewable energyresource available in rural areas. This resource, easily stored in large quantities, isparticularly interesting for weak grids like a MG. Energy sources using biogas are morereliable and less dependent on stochastic phenomena such as wind or solarillumination.After a state of the art on the different technologies enhancing biogas, it is clearthat a hybrid system consisting of a SOFC type fuel cell and a microturbine (MT)achieves the best electric efficiency with low environmental impact.The overall objective of the thesis is to study the SOFC / MT system as themain power source in an isolated rural MG context. For this purpose, a model of thesystem was carried out by focusing on the elements that affect the dynamics of thesystem's electrical signals. The hybrid system was then sized in order to maintainoptimal electrical performance, and a unique 3LNPC multilevel converter is used tointegrate the hybrid system to the MG. As a fuel cell is sensitive to load changes(affecting its performance and lifespan), the first objective of the control strategyapplied to the 3LNPC converter is to regulate the power of the SOFC at its nominalvalue. The MG must be able to operate autonomously when islanded, thus the secondobjective of this strategy is to set the grid voltage and frequency.The controllers of the control strategy are designed paying particular attention tothe robustness. The operation of the SOFC / MT hybrid system, driven by a single3LNPC type converter equipped with an innovative control strategy, has been testedand validated in simulation and experimentally in the MG platform of ESTIAResearch.Les milieux ruraux, souvent distants du réseau électrique principal, sont particulièrement adaptés au déploiement de microréseaux (MR). Ce type de réseau permet une restructuration du réseau électrique d’aujourd’hui afin d'intégrer plus efficacement un plus grand nombre des sources d’énergie renouvelable. Le biogaz,obtenu par la méthanisation des déchets agricoles, est une ressource d’énergie renouvelable disponible dans les zones rurales. Cette ressource, facilement stockable en grande quantité, est particulièrement intéressante pour les réseaux faibles comme le MR. Les sources d’énergies valorisant le biogaz sont plus fiables et moins dépendantes de phénomènes stochastiques comme le vent ou l’éclairement solaire.Après un état de l’art sur les différentes technologies valorisant le biogaz, ilressort qu’un système hybride composé d’une pile à combustible de type SOFC et d’une microturbine (MT) permet d’atteindre le meilleur rendement électrique avec un faible impact environnemental.L’objectif global de la thèse est d’étudier le système SOFC/MT comme source principale dans un contexte MR rural isolé. Dans ce but, une modélisation du système a été réalisée en se focalisant sur les éléments ayant un impact sur la dynamique des signaux électriques du système. Le système hybride a ensuite été dimensionné dans le but de conserver un rendement électrique optimal et un unique convertisseur multiniveau de type 3LNPC est utilisé pour l'intégrer au MR. Comme une pile à combustible est sensible aux variations de charges (affectant son rendement et sa durée de vie), le premier objectif de la stratégie de commande appliquée au convertisseur 3LNPC est de réguler la puissance de la SOFC à sa valeur nominale. Le MR devant pouvoir fonctionner en autonomie lors de son ilotage, le deuxième objectif de cette stratégie est de fixer la tension et la fréquence du réseau.Les contrôleurs de la stratégie de commande sont conçus en attachant une importance particulière à la robustesse des correcteurs. Le fonctionnement du système hybride SOFC/MT, piloté par un unique convertisseur de type 3LNPC équipé d’une stratégie de commande originale, a été testé et validé en simulation puis expérimentalement sur la plateforme MR d’ESTIA-Recherche

Gestión de microrredes eléctricas basadas en microturbinas de gas

181 p.Además de utilizarse para dar suministro eléctrico a zonas aisladas, la generación distribuida es una manera de eliminar las pérdidas producidas en la red de transporte y distribución. La generación distribuida mediante sistemas de cogeneración o trigeneración, junto con la formación de microrredes eléctricas, ofrece la oportunidad de mejorar la eficiencia en la generación y la fiabilidad del sistema eléctrico. Las microturbinas ofrecen ventajas respecto a otros equipos debido a su simplicidad, bajo coste de mantenimiento, la posibilidad de utilizar cualquier combustible y la mejora en el desarrollo de recuperadores de calor.Para poder aprovechar las ventajas que ofrecen las microrredes, es necesario que sean capaces de funcionar de forma aislada y, además, que sean capaces de realizar la transición entre modos de funcionamiento (conectado a red/isla) de forma automática.Los algoritmos de control existentes actualmente para el funcionamiento en isla de las microrredes, se basan en dos estrategias: las configuraciones maestro-esclavo, en las cuales uno de los generadores realiza el control de tensión y frecuencia, con las limitaciones que ello conlleva, y los controles tipo ¿droop¿ en los cuales los generadores responden a las variaciones en la microrred de acuerdo a unas funciones preestablecidas. Ninguna de estas dos estrategias de control tiene en cuenta las necesidades de calor en los puntos de suministro. Por ello, en esta tesis se presenta un algoritmo de control centralizado que tiene en cuenta las necesidades de calor. Además, se presenta una estrategia de control para realizar la transición entre modos de funcionamiento (conexión a red / isla). Además, se han validado los algoritmos de control presentados, mediante su modelización y aplicación a una microrred alimentada por cinco microturbinas

Gestión de microrredes eléctricas basadas en microturbinas de gas

181 p.Además de utilizarse para dar suministro eléctrico a zonas aisladas, la generación distribuida es una manera de eliminar las pérdidas producidas en la red de transporte y distribución. La generación distribuida mediante sistemas de cogeneración o trigeneración, junto con la formación de microrredes eléctricas, ofrece la oportunidad de mejorar la eficiencia en la generación y la fiabilidad del sistema eléctrico. Las microturbinas ofrecen ventajas respecto a otros equipos debido a su simplicidad, bajo coste de mantenimiento, la posibilidad de utilizar cualquier combustible y la mejora en el desarrollo de recuperadores de calor.Para poder aprovechar las ventajas que ofrecen las microrredes, es necesario que sean capaces de funcionar de forma aislada y, además, que sean capaces de realizar la transición entre modos de funcionamiento (conectado a red/isla) de forma automática.Los algoritmos de control existentes actualmente para el funcionamiento en isla de las microrredes, se basan en dos estrategias: las configuraciones maestro-esclavo, en las cuales uno de los generadores realiza el control de tensión y frecuencia, con las limitaciones que ello conlleva, y los controles tipo ¿droop¿ en los cuales los generadores responden a las variaciones en la microrred de acuerdo a unas funciones preestablecidas. Ninguna de estas dos estrategias de control tiene en cuenta las necesidades de calor en los puntos de suministro. Por ello, en esta tesis se presenta un algoritmo de control centralizado que tiene en cuenta las necesidades de calor. Además, se presenta una estrategia de control para realizar la transición entre modos de funcionamiento (conexión a red / isla). Además, se han validado los algoritmos de control presentados, mediante su modelización y aplicación a una microrred alimentada por cinco microturbinas

Investigation of methods for loss of mains detection for domestic scale distributed generation

PhD ThesisThe drive to lower the environmental impact of power generation has underlined the importance of distributed generation (DG). DG allows a multitude of dispersed renewable technologies to be included within the energy supply network. The energy generation of a DG installation doesn’t necessarily coincide with local power consumption; grid connec- tion allows surplus local power to be distributed using the wider power network. This results in a variety of DG units requiring grid connection. A power electronics interface is commonly needed to achieve connection between the DG unit and the distribution network. Whilst DG units are available in a multitude of sizes, the focus of this work is domestic scale DG. Single phase power inverters are commonly used to connect DG units to the utility. An issue associated with the interconnection of generators within the distribution network is the formation of power islands. A power island is defined as a section of the power network, consisting of generators and loads, which becomes electrically isolated from the wider power network. The majority of grid connection standards stipulate that the grid con- nection power electronics interface must include a robust loss of mains (LOM) detection routine. Once a LOM event has been detected the output power of the DG unit must be reduced to zero to guarantee no power island exists. This thesis details the work carried out during the completion of an En- gineering Doctorate (EngD) Degree in Power Electronics, Machines and Drives. A low voltage laboratory test bench and associated simulation model have been designed and constructed to allow multiple in-the-loop based LOM detection methods to be presented, analysed and compared. A new LOM detection technique has been created, referred to as the proposed technique. The proposed technique is a hybrid LOM detection technique which uses a passive routine to signal when a LOM event may have occurred and an active technique to confirm the LOM event. The passive routine uses Fourier analysis to constantly monitor the magni- tude and spread of high frequency voltage components present at the DG unit connection point. The active confirmation routine is an active power shift function. A fully rated 500W laboratory test bench was created which allows the proposed technique to be verified at power levels more realistic for a standard DG unit installation.Narec: EPSRC