Tecnologías y enfoques para el aprovechamiento de la energía regenerativa en el transporte ferroviario: Una revisión sistemática

En este capítulo se presenta una revisión sistemática sobre las tecnologías de sistemas de almacenamiento de energía y sobre los enfoques para un mejor aprovechamiento. La revisión se divide en dos vías: tendencias más desarrolladas (horarios de operación de los trenes, almacenamiento de energía y subestaciones reversibles) y los enfoques de investigación sobre el aprovechamiento del frenado regenerativo en los sistemas de transporte ferroviario (sistemas híbridos, algoritmos de optimización y técnicas de control, e integración de la generación distribuida).En este capítulo se presenta una revisión sistemática sobre las tecnologías de sistemas de almacenamiento de energía y sobre los enfoques para un mejor aprovechamiento. La revisión se divide en dos vías: tendencias más desarrolladas (horarios de operación de los trenes, almacenamiento de energía y subestaciones reversibles) y los enfoques de investigación sobre el aprovechamiento del frenado regenerativo en los sistemas de transporte ferroviario (sistemas híbridos, algoritmos de optimización y técnicas de control, e integración de la generación distribuida)

Quasi-Dynamic Analysis of a Local Distribution System with Distributed Generation. Study Case: The IEEE 13 Node System

La generación distribuida es una de las estrategias más aceptadas para atender el aumento de la demanda de electricidad a nivel mundial. Desde el año 2014 las entidades gubernamentales en Colombia han emitido leyes y resoluciones para promover y regular la entrada en operación de diferentes tecnologías de generación, en el sistema eléctrico del país. Incorporar sistemas de generación distribuida en redes de distribución convencionales puede traer consigo problemas si previamente no se realizan los estudios que permitan determinar las consecuencias de la entrada en operación de estas nuevas tecnologías de generación. Este panorama representa un nuevo desafío para los operadores de las redes de distribución, ya que deben garantizar que los sistemas que administran puedan integrar estas nuevas fuentes de generación, sin afectar el correcto funcionamiento de la red eléctrica. En este artículo se modifica el sistema IEEE de 13 nodos incorporando las curvas de carga de los tres tipos de consumidores del sector eléctrico colombiano en las cargas del modelo y se integran sistemas de generación distribuida a partir de fuentes no convencionales de energía a dos nodos del sistema, con el objetivo de hacer un análisis cuasi-dinámico de las diferentes variables eléctricas que permitan determinar qué impacto tienen estas nuevas tecnologías en un sistema de distribución local. Como resultado, los perfiles de voltaje y potencia activa/reactiva no muestran cambios considerables en el comportamiento de la red eléctrica, pero sí se observa que, en los escenarios de simulación donde opera la generación distribuida, el sistema tiende a un aumento considerable en las corrientes y pérdidas presentes en las líneas. Así, se concluye que existen dos alternativas para no tener inconvenientes con la operación de los nuevos nodos con generación distribuida: operar de manera aislada esa parte del sistema o reforzar la red de distribución local a través de la implementación de nuevas líneas de distribución en el sistema.Distributed generation is one of the most accepted strategies to attend the increase in electrical demand around the world. Since 2014, Colombian government agencies have enacted laws and resolutions to promote and regulate the introduction of different generation technologies into the country’s electrical system. The incorporation of distributed generation systems into conventional distribution networks can cause problems if technical studies are not previously carried out to determine the consequences of the start of the operations of these new generation technologies. This scenario represents a new challenge for distribution networks operators because they must ensure that their systems can integrate these new generation sources without affecting the correct operation of the grid. In this article, the IEEE 13 nodes system is modified by incorporating the load curves of the three types of consumers in the Colombian electricity market into the model. Additionally, distributed generation systems from non-conventional sources of energy are integrated into two system nodes in order to perform a quasi-dynamic analysis of the different electrical variables, which can be used to determine the impact of these new technologies on a local distribution system. The voltage profiles and active and reactive power do not show considerable changes in the behavior of the electrical network; however, in the simulation scenarios where distributed generators are operating, the system exhibits a considerable increase in lines losses. There are two alternatives to manage these unusual levels in the operation of the nodes with distributed generation: (1) operating these new DG nodes in islanded mode or (2) strengthening the local distribution system through the implementation of new distribution lines in the network

Virtual power plants

El presente proyecto tiene como objetivo determinar posibles beneficios de la agregación de unidades de energía distribuida controlables en Virtual Power Plants (VPP). Se diseñan y se implementan con el programa GAMS® los modelos de programación utilizados para optimizar la operación de una agregación de sistemas VPP en diversos escenarios. En la primera parte del trabajo se expone una introducción teórica de las Virtual Power Plants y sus elementos asociados: unidades de generación distribuida, sistemas de almacenamiento y técnicas de gestión de la demanda, lo que permite destacar los beneficios que produce la agregación. En la segunda parte, se realiza un estudio del estado del arte de la tecnología, exponiendo los casos más destacados respecto a modelos de gestión, con el objetivo de identificar los principales retos y localizar puntos que puedan ser mejorados con la propuesta de un nuevo algoritmo de operación. Finalmente, se desarrollan los algoritmos para determinar la operación óptima de sistemas VPP en varios casos de estudio. Los casos de estudio se diferencian por la política energética aplicada para favorecer la integración de recursos renovables en las redes de distribución: Feed-in Tariff, balance neto y agregación como Virtual Power Plant a gran escala. La comparación de los resultados obtenidos para un escenario particular definido permite destacar cual de las estrategias sería más beneficiosa económicamente desde el punto de vista del prosumidor, y, por tanto, más favorecedora para integrar generación distribuida mediante recursos renovables

Desarrollo de una metodología para el análisis de sistemas de potencia incluyendo vehículos eléctricos y generación distribuida.

Los vehículos con motores de combustión generan altas emisiones de gases contaminantes, en la búsqueda de mitigar los problemas ambientales, se ha producido una penetración considerable en de vehículos eléctricos (VEs). Adicional a esto, los VEs pueden ser usados para carga y descarga, pueden ser un elemento almacenador de energía y se puede ver como una carga virtual. Ofreciendo múltiples ventajas en las redes inteligentes. Sin embargo, su inclusión puede afectar considerablemente la operación de los sistemas de potencia. Además, otro elemento que se debe analizar son las nuevas tecnologías de generación como lo es la generación distribuida (GD), la cual es un medio alternativo para incorporar energía a los sistemas de potencia. En este estudio se propone una metodología que permite analizar la inclusión de GD y VEs en los sistemas de potencia. Esta metodología se aplicó en dos sistemas de prueba: el sistema IEEE de 6 nodos y el sistema de distribución IEEE de 33 nodos. Los resultados muestran que la GD permite reducir las pérdidas en la red y mejora las caídas de tensión producidas por la penetración de los VEs

Control contributions to the universal operation of wind turbines

Ante la creciente dependencia energética de los países de la Unión Europea y los informes de contaminación atmosférica, la generación distribuida mediante energías renovables está modificando el sistema eléctrico actualmente basado en el paradigma centralizado. Dentro de las energías renovables con mayor impacto actual se encuentra la energía eólica. Un aspecto importante a mejorar en el marco de la calidad de potencia por parte del operador de la red de transmisión, es la continuidad del suministro. En estas circunstancias se define el concepto de microgrid como un sistema compuesto de al menos una fuente de generación distribuida asociada a cargas locales que pueden intencionalmente desconectarse del sistema de distribución con el objetivo de mejorar la fiabilidad del suministro. Este trabajo introduce la Operación Universal de aerogeneradores, donde éstos pueden trabajar conectados a red eléctrica y desconectarse de ella cuando ocurre un hueco o interrupción del suministro operando en modo isla. Es una aplicación específica del concepto de microgrid a aerogeneradores que evita el uso de sistemas de almacenamiento empleando únicamente las capacidades de almacenamiento y disipación intrínsecas de los aerogeneradores y se centra en contrarrestar interrupciones del suministro eléctrico del orden de unidades de minutos. Este trabajo se centra en abordar la problemática asociada a la Operación Universal de aerogeneradores desde el punto de vista del control de los convertidores de potencia: regulación del balance energético, compartición de la carga y control de la tensión local en modo isla y transiciones suaves entre modos de operación. Además, el sistema debe seguir manteniendo un rendimiento óptimo en modo conectado a red respetando los códigos de red: respuesta en potencia, calidad de potencia y respuesta ante perturbaciones

Estudio de viabilidad técnica de conexión de nuevos suministros en media tensión

Los sistemas eléctricos están sufriendo cambios a nivel mundial en los últimos años, debido al creciente interés en el estudio y diseño de redes eléctricas con generación distribuida y las ventajas que este tipo de generación ofrece. Sin embargo, el rápido desarrollo de las diferentes tecnologías de generación distribuida, que incluye principalmente energías renovables por su posibilidad de generación sin emisión de gases contaminantes, está impactando en el sistema de distribución dificultando el control para su correcto funcionamiento y operación. En este proyecto, tras una importante revisión de la literatura científica, se han identificado los factores claves para evitar fallos en el sistema y así poder garantizar la calidad del suministro eléctrico. Por otro lado, se han estudiado los criterios técnicos y el marco legislativo aplicable a la conexión de nuevos suministros en la red de distribución de media tensión en España, con la intención de conocer a fondo los procedimientos para realizar dicha conexión.Ingenierí

Sistemas de detección de modo isla en inversores conectados a la red eléctrica: análisis del estado del arte

Este artículo presenta un análisis del estado del arte de los diferentes sistemas de detección de modo isla en inversores conectados a la red eléctrica. Los métodos de detección en generadores distribuidos (GD) pueden ser divididos en locales y remotos.Los remotos se basan en un sistema de generación centralizado, ya que son estos los que envían la información (o avisan) para la operación en modo isla. Mientras que en los métodos locales se realiza la detección en los GDs yse pueden dividir en técnicas activas y pasivas.Palabra(s) Clave(s): generación distribuida, micro-red, zona de no detección

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

Coordinación óptima de relés de sobre corriente en entornos de microrredes

El interés de incluir nuevas fuentes de generación de energía eléctrica en la matriz energética colombiana origina nuevos sistemas con generación distribuida, en los cuales, según el modo de operación, aparecen muchos estados operativos y consecuentemente muchas configuraciones. Obtener un ajuste global para los relés que garantice la correcta operación e n cada condición operativa y que el diseño del sistema de protecciones cumpla con los principios básicos de un esquema de protección, como lo son sensibilidad, selectividad, velocidad, confiabilidad, simplicidad y economía es uno de los aspectos más relevantes. De esta forma, el objetivo de este trabajo consiste en desarrollar una metodología que se pueda implementar en redes colombianas, con bajo costo, mediante un esquema de protección cuya configuración permita la actuación, de forma adecuada, ante cualquier condición operativa sin la necesidad de implementar redes de comunicación. Es decir, la obtención de una configuración global

Operación y gestión de microrredes energéticas urbanas en un entorno de sostenibilidad energética y ambiental

Se presenta una metodología de operación y gestión energética de microrredes termoeléctricas que, a partir de una configuración energética dada, opera los subsistemas de producción para satisfacer la demanda del distrito y maximizar el beneficio del operador ESCO considerando el mercado de la energía y emisiones de CO2. La metodología se ha implementado en el programa STELLA©. La memoria incluye una revisión de las tecnologías relacionadas con generación distribuida,un estado del arte de metodologías de diseño y gestión e indicadores de la sostenibilidad de sistemas energéticos, la conceptualización de la metodología y la aplicación en un caso de estudio