Passivity - Based Control and Stability Analysis for Hydro-Solar Power Systems

Los sistemas de energía modernos se están transformando debido a la inclusión de renovables no convencionales fuentes de energía como la generación eólica y fotovoltaica. A pesar de que estas fuentes de energía son buenas alternativas para el aprovechamiento sostenible de la energía, afectan el funcionamiento y la estabilidad del sistema de energía, debido a su naturaleza inherentemente estocástica y dependencia de las condiciones climáticas. Además, los parques solares y eólicos tienen una capacidad de inercia reducida que debe ser compensada por grandes generadores síncronos en sistemas hidro térmicos convencionales, o por almacenamiento de energía dispositivos. En este contexto, la interacción dinámica entre fuentes convencionales y renovables debe ser estudiado en detalle. Para 2030, el Gobierno de Colombia proyecta que el poder colombiano El sistema integrará en su matriz energética al menos 1,2 GW de generación solar fotovoltaica. Por esta razón, es necesario diseñar controladores robustos que mejoren la estabilidad en los sistemas de energía. Con alta penetración de generación fotovoltaica e hidroeléctrica. Esta disertación estudia nuevas alternativas para mejorar el sistema de potencia de respuesta dinámica durante y después de grandes perturbaciones usando pasividad control basado. Esto se debe a que los componentes del sistema de alimentación son inherentemente pasivos y permiten formulaciones hamiltonianas, explotando así las propiedades de pasividad de sistemas eléctricos. Las principales contribuciones de esta disertación son: una pasividad descentralizada basada control de los sistemas de control de turbinas hidráulicas para sistemas de energía de múltiples máquinas para estabilizar el rotor acelerar y regular el voltaje terminal de cada sistema de control de turbinas hidráulicas en el sistema como, así como un control basado en PI pasividad para las plantas solares fotovoltaicas

Stationary-state analysis of low-voltage DC grids

The optimal power flow is a classic method for alternating current networks, which can also be applied to direct current networks. However, it is needed to design new methods that guarantee convergence and global optimum. Several approximations based on Taylor series expansion linearization, recursive approximations, and convex optimization can be developed. In this chapter, we theoretically and numerically analyze approximations such as successive linear approximations, Newton-Raphson approximation, hyperbolic approximation, semidefinite programming, and second-order cone optimization for solving optimal power flow problems in direct current networks. The emphasis of the chapter is on low-voltage direct current grids (i.e., DC microgrids and DC distribution), but the ideas can be easily extended to high-power applications

Un modelo generalizado y control para almacenadores de energía por superconductor magnético y supercondesador

This paper presents a generalized linear model based on LMI state-feedback with integral action, applicable to the control of Electric Energy Storage Systems (EESS) such as Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) and Supercapacitor Energy Storage (SCES). A Voltage Source Converter (VSC) and a Pulse-Width modulated Current Source Converter (PWM-CSC) are respectively used to integrate the SCES and the SMES systems to the electrical distribution system. To represent the dynamics between the EESS and the power distribution system a reduced general linear model in the state-space representation is introduced. The proposed control scheme regulates independently the active and reactive power ow between the EESS and ac the grid. Three case scenarios comparing a conventional PI controller and the proposed technique are conducted considering grid voltage uctuations. Extensive time-domain simulations demonstrate the robustness and proper performance of the proposed controller to operate the EESS as power compensator, in order to improve the operative conditions of electrical distribution systems.En este articulo se presenta un control de retroalimentación a un modelo lineal generalizado basados en LMI con seguimiento de acción integral para sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (SESS) tales como: a almacenamiento de energía magnética por superconducción (SMES) y almacenamiento de energía eléctrica por supercondensador (SCES). Un compacto de modelo lineal general en la representación del espacio de estado para representar el comportamiento dinámico entre el SESS y el sistema de distribución es presentado. Para integrar los sistemas SCES y SMES al sistema de distribución se utilizan un convertidor de fuente de tensión (VSC) y un convertidor de fuente de corriente modulada por ancho de pulso (PWM-CSC), respectivamente. La estrategia de control propuesta permite el control bidireccional de la potencia activa y reactiva entre el EESS y la red ac de manera independiente. Los resultados de las simulaciones demuestran el desempeño robusto y eciente del control propuesto para operar EESS como compensadores de potencia activa y reactiva, con el n de mejorar las condiciones operativas en el sistema de distribución. Además, todos los casos propuestos se compararon con el controlador PI convencional para vericar su validez

Clasificador robusto basado en máquinas de soporte vectorial para la localización de fallas en sistemas de distribución

La energía eléctrica constituye uno de los elementos fundamentales para el desarrollo económico y social de una región, dado que su disponibilidad determina en gran medida los niveles de productividad, las posibilidades de desarrollo agroindustrial y la calidad de vida de los pobladores. Por ello, el estudio de la continuidad del suministro de energía eléctrica ha tomado mucha fuerza y dentro de esta temática el problema de la localización de fallas se posiciona como uno de los más importantes [MORA,2005]. La continuidad en el servicio de energía eléctrica es un aspecto de la calidad, el cual es actualmente cuantificado mediante un índice de referencia agrupado de la discontinuidad (IRAD) y un índice trimestral agrupado de la discontinuidad (ITAD) en Colombia, por la comisión de regulación de energía y gas (CREG), cuyas metas permiten verificar el cumplimiento de los niveles mínimos de calidad del servicio [CREG,2008]. Para mantener estos índices en valores aceptables, es necesario conocer de manera confiable y rápida dónde ocurrió la interrupción del servicio, para la restauración de este en el menor tiempo posible. Sin embargo, en la gran mayoría de los casos la ubicación de la falla está asociada a la posible llamada telefónica de usuarios afectados o al tiempo que demora la cuadrilla en localizar la falla mediante una inspección visual de toda la red

Passivity - Based Control and Stability Analysis for Hydro-Solar Power Systems

Los sistemas de energía modernos se están transformando debido a la inclusión de renovables no convencionales fuentes de energía como la generación eólica y fotovoltaica. A pesar de que estas fuentes de energía son buenas alternativas para el aprovechamiento sostenible de la energía, afectan el funcionamiento y la estabilidad del sistema de energía, debido a su naturaleza inherentemente estocástica y dependencia de las condiciones climáticas. Además, los parques solares y eólicos tienen una capacidad de inercia reducida que debe ser compensada por grandes generadores síncronos en sistemas hidro térmicos convencionales, o por almacenamiento de energía dispositivos. En este contexto, la interacción dinámica entre fuentes convencionales y renovables debe ser estudiado en detalle. Para 2030, el Gobierno de Colombia proyecta que el poder colombiano El sistema integrará en su matriz energética al menos 1,2 GW de generación solar fotovoltaica. Por esta razón, es necesario diseñar controladores robustos que mejoren la estabilidad en los sistemas de energía. Con alta penetración de generación fotovoltaica e hidroeléctrica. Esta disertación estudia nuevas alternativas para mejorar el sistema de potencia de respuesta dinámica durante y después de grandes perturbaciones usando pasividad control basado. Esto se debe a que los componentes del sistema de alimentación son inherentemente pasivos y permiten formulaciones hamiltonianas, explotando así las propiedades de pasividad de sistemas eléctricos. Las principales contribuciones de esta disertación son: una pasividad descentralizada basada control de los sistemas de control de turbinas hidráulicas para sistemas de energía de múltiples máquinas para estabilizar el rotor acelerar y regular el voltaje terminal de cada sistema de control de turbinas hidráulicas en el sistema como, así como un control basado en PI pasividad para las plantas solares fotovoltaicas

A Possible Classification for Metaheuristic Optimization Algorithms in Engineering and Science

A Possible Classification for Metaheuristic Optimization Algorithms in Engineering and ScienceA Possible Classification for Metaheuristic Optimization Algorithms in Engineering and Scienc

A linearized approach for the electric light commercial vehicle routing problem combined with charging station siting and power distribution network assessment

Transportation electrification has demonstrated a significant position on power utilities and logistic companies, in terms of assets operation and management. Under this context, this paper presents the problem of seeking feasible and good quality routes for electric light commercial vehicles considering battery capacity and charging station siting on the power distribution system. Different transportation patterns for goods delivery are included, such as the capacitated vehicle routing problem and the shortest path problem for the last mile delivery. To solve the problem framed within a mixed integer linear mathematical model, the GAMS software is used and validated on a test instance conformed by a 19-customer transportation network, spatially combined with the IEEE 34 nodes power distribution system. The sensitivity analysis, performed during the computational experiments, show the behavior of the variables involved in the logistics operation, i.e., routing cost for each transport pattern. The trade-off between the battery capacity, the cost of the charging station installation, and energy losses on the power distribution system is also shown, including the energy consumption cost created by the charging operation.Universidad Tecnológica de Bolíva

Relation between the Branch-to-node Incidence and the Triangular Matrices in Radial Distribution Networks

The power flow solution is a classical problem in electrical engineering that has been studied for more than 60 years [1]. One of the most widely used methods corresponds to the Newton-Raphson approach, which is currently employed for analyzing power systems with meshed configurations and multiple generation sources, i.e., it is typically employed for power systems in high-voltage levels [2].The power flow solution is a classical problem in electrical engineering that has been studied for more than 60 years [1]. One of the most widely used methods corresponds to the Newton-Raphson approach, which is currently employed for analyzing power systems with meshed configurations and multiple generation sources, i.e., it is typically employed for power systems in high-voltage levels [2]

Optimal Location-Reallocation of Battery Energy Storage Systems in DC Microgrids

This paper deals with the problem of optimal location and reallocation of battery energy storage systems (BESS) in direct current (dc) microgrids with constant power loads. The optimization model that represents this problem is formulated with two objective functions. The first model corresponds to the minimization of the total daily cost of buying energy in the spot market by conventional generators and the second to the minimization of the costs of the daily energy losses in all branches of the network. Both the models are constrained by classical nonlinear power flow equations, distributed generation capabilities, and voltage regulation, among others. These formulations generate a nonlinear mixed-integer programming (MINLP) model that requires special methods to be solved. A dc microgrid composed of 21-nodes with existing BESS is used for validating the proposed mathematical formula. This system allows to identify the optimal location or reallocation points for these batteries by improving the daily operative costs regarding the base cases. All the simulations are conducted via the general algebraic modeling system, widely known as the General Algebraic Modeling System (GAMS)

Optimal selection and location of bess systems in medium-voltage rural distribution networks for minimizing greenhouse gas emissions

This paper explores a methodology to locate battery energy storage systems (BESS) in rural alternating current (AC) distribution networks fed by diesel generators to minimize total greenhouse gas emissions. A mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model is formulated to represent the problem of greenhouse gas emissions minimization, considering power balance and devices capabilities as constraints. To model the BESS systems, a linear relationship is considered between the state of charge and the power injection/consumption using a charging/discharging coefficient. The solution of the MINLP model is reached through the general algebraic modeling system by employing the BONMIN solver. Numerical results in a medium-voltage AC distribution network composed of 33 nodes and 32 branches operated with 12.66 kV demonstrate the effectiveness of including BESS systems to minimize greenhouse gas emissions in diesel generators that feeds rural distribution networks