Operación autónoma de una microrred híbrida usando control distribuido

Contiene gráficos y anexos

Autores:: Salazar D’Antonio, Diego Fernando

Tipo de recurso:

Fecha de publicación:: 2020

Institución:: Universidad de Ibagué

Repositorio:: Repositorio Universidad de Ibagué

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Adicionalmente, es importante mencionar que una microrred DC no requiere la sincronización de frecuencia y fase necesaria en las microrredes AC, simplificando el sistema de control y mejorando las características dinámicas de corrientes y voltajes. Las microrredes se controlan mayormente mediante una estructura jerárquica, en donde cada nivel da solución a diferentes problemas. Es común encontrar tres niveles de jerarquía, en donde el nivel primario se asocia al control de corriente de los elementos funcionales de la microrred, el nivel secundario permite la regulación del voltaje del bus o buses y el nivel terciario se emplea para hacer despacho energético. Este trabajo final de maestría parte del estudio de jerarquía de primer nivel planteado en el proyecto de Laboratorio de microrred Híbrida Inteligente de Ibagué (MIREDHI-Lab), el cual se viene desarrollando en la Universidad de Ibagué con la financiación de Colciencias. La microrred estudiada se compone de dos buses DC: un bus prioritario de Extra Baja Tensión DC (ELVDC), el cual que es regulado a 48 V, y, un bus de Baja Tensión DC (LVDC) que es regulado a 240 V. El bus ELVDC tiene interconectadas fuentes de generación, almacenadores de energía y cargas, mientras que el bus LVDC tiene interconectadas fuentes de generación y cargas. La microrred, además, puede conectarse a la red, y tiene un inversor stand-alone converter (SAC) que puede proveer energía a cargas AC a partir del bus LVDC, si la red es de baja calidad o no está disponible. Otra característica interesante de esta microrred es que un interruptor estático de transferencia multi-puerto habilita la disponibilidad de un generador diésel, el cual entra en funcionamiento como último recurso. La idea principal del trabajo es hacer gestión energética de la microrred objeto de estudio a través de arquitecturas de control distribuido, proponiendo un innovador control jerárquico de segundo y tercer nivel que utiliza dos estrategias de control estudiadas en la literatura por separado: control maestro-esclavo y control multi-modo. Estas dos estrategias, al unirse, simplifican notablemente la forma de hacer control en un sistema de múltiples entradas y salidas (MIMO). Adicionalmente, se propone un mecanismo para hacer transiciones controladas haciendo uso de la función logística, y se compara la transición con funciones paso y rampa. El control propuesto es validado a través de simulación con escenarios y perfiles de clima reales, donde se verifican los modos de operación y la respuesta transitoria a diferentes cargas y condiciones extremas.MaestríaMagister en Ingeniería de ControlContenido Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.. Introducción 2 1.1. Microrredes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1. Partes de una MG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.2. Objetivo de una MG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.3. Tipos de arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.4. Arquitectura de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1.5. Definición de control jerárquico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.1.6. Estrategias de control: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.7. Aplicaciones de microrredes y control jerárquico . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2. Marco normativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3. Planteamiento del problema de investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4. Pregunta de investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.. Descripción y modelo de MIREDHI-Lab 20 2.1. Unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.1. Unidades generadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.2. Unidad almacenadora de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1.3. Unidades de intercambio de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2. Cargas en la microrred . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2 Operación autónoma de una microrred híbrida usando control distribuido 2.2.1. Cargas resistivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.2. Cargas de corriente constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.3. Cargas de potencia constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2.4. SAC unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3. Bus de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4. Modelo del bus ELVDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5. Modelo LVDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.6. Modelo del capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7. Subsistema AC (S.S. AC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.. Estrategia de control distribuido 34 3.1. Control Distribuido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.1. Modelo del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.2. Linealización de la microrred . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.1.3. Diseño PI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.1.4. Arquitectura de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.1.5. Máquina de estados para el funcionamiento en multi-modo . . . . . . . . . 43 3.1.6. Transiciones entre modos “Control cooperativo” . . . . . . . . . . . . . . 46 4.. Simulación y resultados 51 4.1. Respuesta dinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.1.1. Respuesta a perturbaciones de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.1.2. Respuesta a transiciones entre modos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.2. Evaluación del desempeño general en un perfil diario . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.2.1. Modo de operación conectado a la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2.2. Operación multimodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2.3. Operación en modo isla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Publicaciones 63 Presentaciones 64 Referencias 72 A. Implementación MIREDHI-Lab usando control distribuido 73 1.0.1. Bloque ELVDC bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.0.2. ILC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 1.0.3. LVDC bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 1.0.4. Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 1.0.5. Signals modes & loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 901 CD (102 páginas)application/pdfSalazar D’Antonio, D.F. (2020). Operación autónoma de una microrred híbrida usando control distribuido. [Tesis Maestría, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/3202https://hdl.handle.net/20.500.12313/3202spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéMaestría en Ingeniería de ControlBoreas Austral, “Boreas Austral Soluciones de energía,” p. Micro redes electricas, 2010. [Online]. Available: http://www.boreasaustral.com/micro-redes-electricas.htmlJ. Vasquez, J. Guerrero, J. Miret, M. Castilla, and L. Garcia De Vicuna, “Hierarchical control of intelligent microgrids,” IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 4, no. 4, pp. 23–29, dec 2010. [Online]. Available: http://ieeexplore.ieee.org/document/5663773/United Nations Environmental Programme - UNEP. 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Operación autónoma de una microrred híbrida usando control distribuido

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