Modelo líneal para la reconfiguración óptima de redes de media tensión urbanas

Esta tesis aborda el modelado y resolución de una de las problemáticas más conocidas en el análisis de los sistemas de distribución como es la reconfiguración de redes radiales para minimización de pérdidas. Se trata de un problema de programación matemática de gran envergadura, debido básicamente a la no linealidad de las ecuaciones eléctricas del sistema y a la presencia de variables continuas y binarias. Estas características son especialmente relevantes cuando la dimensión del problema es apreciable, situación que concurre en las redes urbanas de media tensión donde se plantea el problema de reconfiguración a resolver. En esta tesis se ha buscado definir un modelo aproximado del problema que minimice las dificultades anteriores. El resultado es un nuevo problema de programación lineal entera mixta capaz de abordar el estudio de redes de gran tamaño, y que se demuestra obtiene unos óptimos locales muy próximos a los mejores conocidos en cada caso. La solución propuesta se fundamenta en el uso del concepto de camino. Este concepto permite formular de manera sencilla no sólo la restricción de radialidad de la red, sino también las ecuaciones electrotécnicas del problema, tanto las restricciones de capacidad y operación, como las ecuaciones de red. Para esto último se asumen algunas aproximaciones eléctricas que son muy habituales en la reconfiguración de redes de distribución. Estas simplificaciones suavizan la dificultad matemática del problema exacto y con ello es posible calcular de forma rápida y sencilla la circulación de potencia por cada rama. Dado que el número factible de posibles caminos asociados a un nudo es muy elevado, se han propuesto tres procedimientos para la selección de caminos, eliminando aquellos con escasa o nula probabilidad de formar parte de la red radial óptima, lo cual ha permitido reducir el espacio de búsqueda y con ello el tamaño del problema. Estos procedimientos vienen a tener en cuenta, por ejemplo, que caminos excesivamente largos desde un punto de vista eléctrico pueden ser descartados desde el principio pues implican pérdidas eléctricas elevadas. Análogamente, caminos que den lugar a caídas de tensión por encima de las impuestas en la operación también pueden ser eliminados a priori. Un tercer criterio ha sido el no incorporar al problema final aquellos caminos de un nudo que implican un perfil de tensiones bajo, asumiendo en este último caso la percepción práctica de que el árbol de mínimas pérdidas suele coincidir con el de mejor perfil de tensiones. Todo ello es convenientemente justificado, cuantificado y valorado a lo largo de la tesis. Añadido a todo lo anterior, se propone una linealización a tramos del flujo de potencia cuadrático en las líneas, esto es, de las pérdidas en ellas, lo cual permite finalmente obtener un problema lineal entero mixto. Esta linealización a tramos se ejecuta no de forma aleatoria o heurística sino pseudo-óptima, tras imponer una cota al error que se comete en dicha linealización. A lo largo de la tesis se estudian dos posibles linealizaciones según se quiera definir el número de intervalos de la linealización a trozos o la longitud de estos intervalos. Tras numerosas pruebas se demuestra que ambos tipos de linealizaciones resultan igual de eficientes en cuanto a la calidad de la solución final que aportan. La solución propuesta se ha adaptado a su vez para aceptar redes con generación dispersa, las cuales requieren un tratamiento diferente debido a la posible circulación de potencia aguas arriba de la subestación, así como la limitación de las posibles sobretensiones que pudieran ocasionar. Estas peculiaridades, no presentes en ausencia de generación dispersa como ocurría hasta hace relativamente poco, han sido caracterizadas y analizadas en el modelo desarrollado. De la heurística adoptada para la simplificación del problema inicial, resulta un problema final de programación lineal entera-mixta que es función de una serie de parámetros. Para valorar la robustez del modelo y la calidad de la solución obtenida se realiza un análisis de sensibilidad, donde se verifica que se siguen obteniendo buenos resultados cuando se producen pequeñas variaciones del valor de los parámetros seleccionados en el modelo. El modelo se ha aplicado a redes de gran dimensión, de hasta 1043 nudos, 1181 ramas y 139 bucles, donde se ha considerado que cada una de sus ramas puede estar abierta o cerrada. Esta última posibilidad, aun no siendo realista, se ha tenido en cuenta para estudiar la robustez del modelo en casos extremos en el que el número de variables binarias es muy elevado, viniendo éste muy determinado por el número real de elementos de corte susceptibles de cambiar su estado para la búsqueda de caminos alternativos en la alimentación. Finalmente señalar que los problemas de programación lineal entera-mixta son un clásico en numerosos campos, no sólo de la ingeniería, existiendo paquetes de programación comerciales muy eficientes que permiten su resolución incluso para problemas de gran dimensión. Esta característica es de especial relevancia cara al modelo propuesto en esta tesis, ya que además de permitir valorar la exactitud de la solución obtenida con el nuevo modelo propuesto, se asegura la posibilidad de la implementación práctica de la solución adoptada

Evaluating the inertia of the Jordanian power grid

The increasing penetration of renewable energy sources in power grids has resulted in the need for a comprehensive evaluation of their impact on the dynamic behavior of the power system, including its inertia. This study aimed to evaluate the inertia of the current Jordanian power system at different penetration levels of renewable energy sources using DIgSILENT PowerFactory simulation software. In this study, the value of the constant inertia was calculated to be 8.755 s. The results were analyzed to determine the effect of renewable energy penetration on the inertia of the power system. The findings provide valuable information for the development of control strategies for integrating renewable energy sources into the Jordanian power system, ensuring stability and reliability in the power system operation. This study contributes to the understanding of the impact of renewable energy sources on power system inertia and supports the development of renewable energy integration strategies.13 página

Methodology for the Optimal Design of a Hybrid Charging Station of Electric and Fuel Cell Vehicles Supplied by Renewable Energies and an Energy Storage System

The global energy system is changing, mainly to achieve sustainable transport technologies and clean electrical generation based on renewable sources. Thus, as fuels, electricity and hydrogen are the most promising transport technologies in order to reduce greenhouse emissions. On the other hand, photovoltaic and wind energies, including energy storage, have become the main sources of distributed generation. This study proposes a new optimal-technical sizing method based on the Simulink Design Optimization of a stand-alone microgrid with renewable energy sources and energy storage to provide energy to a wireless power transfer system to charge electric vehicles along a motorway and to a hydrogen charging station for fuel cell-powered buses. The results show that the design system can provide energy for the charging of electric vehicles along the motorway and produce the hydrogen consumed by the fuel cell-buses plus a certain tank reserve. The flexibility of the study allows the analysis of other scenarios, design requirements, configurations or types of microgrids

Hydrogen based configurations for an overhead crane with quasi-Z-source inverter

Most of the overhead cranes used to date are powered by diesel engine or electrical grid and voltage source inverter. The economic and environmental costs of fossil fuels, and the unsteady price of electricity, encourage exploring new applications for developing electric power technologies. In this scenario, the main objective of this paper is to analyze the technical and economic feasibility of two new configurations based on hydrogen system and quasi-Z-source inverter (qZSI) for an overhead crane. The first configuration uses a fuel cell (FC) connected to a qZSI to supply the crane. The second one integrates an electrolyzer (LZ) as an energy storage system (ESS) into the impedance network of the qZSI (without additional DC/DC converter), which allows to recover energy during the regenerative braking of the crane and use it to produce hydrogen. The modelling and control are described, and short simulations of the working cycle of the crane under different initial hydrogen tank levels, and long simulations with several working cycles, are considered. The results show the technical viability of the two hydrogen-based configurations and the control systems implemented, since they can power the crane under all the situations studied. Nevertheless, the configuration with FC and LZ presents a higher energy efficiency (65% vs 44% with the FC-only configuration). Regarding the economic study, both configurations are compared with a diesel-based and with a full-electric configuration powered by the grid. Analyzing both hydrogen-based configurations, the results show that the configuration with FC and FZ becomes more profitable after 1.56 years, despite the higher initial cost. However, both configurations result more expensive than those based on diesel engine and fully powered by the grid. The two proposed configurations would be more cost-effective than the initial configuration in a plausible future with a 40% decrease in hydrogen cost14 página

Autómatas programables. Programción y aplicación industrial

Contenido del curso de posgrado “Autómatas Programables: Programación y Aplicación Industriar", que presenta una introducción a la programación de autómatas de la serie Simatic S5.223 págs

Simplified model of battery energy-stored quasi-Z-source inverter-based photovoltaic power plant with Twofold energy management system

The use of a battery energy-stored quasi-Z-source inverter (BES-qZSI) for large-scale PV power plants exhibits promising features due to the combination of qZSI and battery as energy storage system, such as single-stage power conversion (without additional DC/DC boost converter), improvements in the output waveform quality (due to the elimination of switching dead time), and continuous and smooth delivery of energy to the grid (through the battery energy storage system). This paper presents a new simplified model of a BES-qZSI to represent the converter dynamics with sufficient accuracy while using a less complex model than the detailed model (including the modelling of all switches and switching pulses). It is based on averaged values of the variables, voltage/current sources, and the same control circuit than the detailed model, except for the switching pulses generation. The simplified model enables faster time-domain simulation and is useful for control design and dynamic analysis purposes. Additionally, an energy management system has been developed to govern the power supply to grid under two possible scenarios: 1) System operator command following; or 2) economic dispatch of the stored energy. The results obtained from simulations and experimental hardware-in-the-loop (HIL) setup for different operating conditions of the grid-connected large-scale PV power plant with battery energy storage under study demonstrate the validity of the proposed simplified model to represent the dynamics of the converter and PV power plant for steady-state stability studies, long-term simulations, or large electric power systems. © 2021 The AuthorsThis work was partially supported by the Spain's Ministerio de Ciencia, Innovaci?n y Universidades (MCIU), Agencia Estatal de Investigaci?n (AEI), and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) Uni?n Europea (UE) (grant number RTI2018-095720-B-C32), by the Federal Center for Technological Education of Minas Gerais, Brazil (process number 23062?010087/2017-51) and by the National Council of Technological and Scientific Development (CNPq-Brazil