Integración optima de sistemas de almacenamiento de energía basado en baterías para reducir las pérdidas de energía y los costos asociados al despacho en redes DC usando una estrategia de optimización ́hibrida
El estudio y la implementaci ́on de redes de corriente continua suponen un desaf ́ıo para Colombia y el mundo. Aunque ya se vislumbran algunos proyectos, como las redes de transmisi ́on de alto voltaje en corriente continua (HVDC - High Voltage Direct Current), el uso de esta tecnolog ́ıa a ́un est...
- Autores:
-
Peña Villa, Martha Daniris
Saldarriaga Palacio, Juan Alejandro
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15312
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/15312
https://repositorio.utp.edu.co/home
- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Electricidad - Mediciones
Almacenamiento de energía
Baterías de almacenamiento
Corriente continua
AHA
Algoritmo hibrido
BESS
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AHA Algoritmo hibrido BESS Flujo de carga Maestro-esclavo Perdidas Red de distribución |
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El estudio y la implementaci ́on de redes de corriente continua suponen un desaf ́ıo para Colombia y el mundo. Aunque ya se vislumbran algunos proyectos, como las redes de transmisi ́on de alto voltaje en corriente continua (HVDC - High Voltage Direct Current), el uso de esta tecnolog ́ıa a ́un est ́a en sus primeras etapas. A pesar de ser reciente, se ha logrado conocer que las redes de corriente continua generan una disminuci ́on de p ́erdidas del 67 % en comparaci ́on con las redes de corriente alterna, esto se da al sobrepasar la distancia cr ́ıtica (aproximadamente 600-800 km en l ́ıneas a ́ereas o 50 km en l ́ıneas submarinas) (C ́an-Yancoba, 2017). Para el caso de estudio en el que se integra generaci ́on distribuida a la red, el uso de menos dispositivos de electr ́onica de potencia, que presentan p ́erdidas por conmutaci ́on o p ́erdidas por calentamiento, tambi ́en permite una reducci ́on considerable de estas, lo que a su vez mitiga los costos para los usuarios finales y las p ́erdidas econ ́omicas para las empresas operadoras de red en un futuro cercano. |
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Status of power system transformation 2019. https://www.iea.org/reports/status-of-power- system-transformation-2019, 2019. Abdulrahman Alassi, Santiago Ba ̃nales, Omar Ellabban, Grain Adam, and Callum MacIver. Hvdc transmission: Technology review, market trends and future outlook. ELSEVIER, 112: 530–554, 2019. Maryam Arbabzadeh, Ramteen Sioshansi, Jeremiah X. Johnson, and Gregory A Keoleian. The role of energy storage in deep decarbonization of electricity production. nature communication, 10(3413), 2019. URL https://www.nature.com/articles/ s41467-019-11161-5. R Cecchini and G Pelosi. Alessandro volta and his battery. Ubicaci ́on: IEEExplore, 1992. L ́azaro N. C ́an-Yancoba. Estudio t ́ecnico comparativo de sistemas de transmici ́on de corriente directa (hvdc) y sistemas de transmici ́on de corriente alterna (hvac), 2017. Selahattin Garip and Saban Ozdemir. Optimization of PV and battery energy storage size in grid-connected microgrid. Applied Sciences, 12(16):8247, 2022. Walter Gil and Ricardo Herrera. Operaci ́on de sistemas el ́ectricos, 2023. Apuntes de clase. William M. Giral-Ram ́ırez, Hugo J. Celed ́on-Flor ́es, Eduard Galvis-Restrepo, and Angela T. Zona-Ortiz. Smart grids in the colombian electric system: Current situation and potential opportunities. Tecnura, 21(53):XX–XX, 2017. URL http://www.scielo.org.co/scielo. php?pid=S0123-921X2017000300119&script=sci_arttext. Luis F. Grisales-Nore ̃na, Oscar D. Montoya, and Jes ́us C. Hern ́andez. Efficient Reallocation of BESS in Monopolar DC Networks for Annual Operating Costs Minimization: A Combinatorial-Convex Approach. Batteries, 1(1):1–18, 2023. Sebastian A. Guerrero-Noboa. Ubicaci ́on ́optima de sistemas de almacenamiento de bater ́ıas para minimizar p ́erdidas en el sistema de distribuci ́on considerando indicadores en la calidad de la energ ́ıa., 2023. Iberdrola. Iberdrola. https://www.iberdrola.com/sostenibilidad/almacenamiento-de-energia- eficiente, 2023. Oscar D. Montoya, Walter Gil-Gonz ́alez, and Alexander Molina-Cabrera. Minimizaci ́on ́ exacta de las p ́erdidas de energ ́ıa y las emisiones de co2 en redes de distribuci ́on dc aisladas empleando fuentes fotovoltaicas. Dialnet, 88(217):178–184, 2021. URL https: //dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8300516#. Fabricio Mosquera. Localizaci ́on ́optima de plantas virtuales de generaci ́on en sistemas el ́ectricos de potencia basados en flujos ́optimos de potencia. I+ D Tecnol ́ogico, 16(2):5–16, 2020. Diego A. Rojas-Bola ̃nos and Ang ́elica M. Garc ́ıa-Gualdr ́on. Estado del arte de las redes de distribuci ́on de energ ́ıa en corriente continua (cc). Ubicaci ́on: Universidad Pontificia Bolivariana, 2013. Andrea Serrano-Arroyo. Modelado de sistemas de almacenamiento de energ ́ıa con bater ́ıas (bess) para estudios de flujos de potencia multiperiodos, 2023. Simon J. Sutton, Paul L. Lewin, and Stive G. Swingler. Review of global hvdc subsea cable projects and the application of sea electrodes. ELSEVIER, 87:121–135, 2017. Alejandro Valencia, Ricardo A. Hincapi ́e, and Ram ́on A. Gallego. Optimal location, selection, and operation of battery energy storage systems and renewable distributed generation in medium–low voltage distribution networks. ELSEVIER, 34, 2021. URL https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X20319848?via%3Dihub#d1e1365. Zhao Weiguo, Wang Liying, and Mirjalili Seyedali. Artificial hummingbird algorithm: A new bio-inspired optimizer with its engineering applications. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 388:114194, 2022. URL https://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0045782521005259. Ling A. Wong, Vigna K. Ramachandaramurthy, Sara L. Walker, Phil Taylor, and Mohammad J. Sanjari. Optimal placement and sizing of battery energy storage system for losses reduction using whale optimization algorithm. ELSEVIER, 26, 2019. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X19303494?ref= pdf_download&fr=RR-2&rr=7de895a5db083341. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizacióhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGil González, Waltervirtual::2-1Herrera Orozco, Andres Ricardovirtual::3-1Peña Villa, Martha DanirisSaldarriaga Palacio, Juan Alejandro2024-09-24T19:09:12Z2024-09-24T19:09:12Z2024https://hdl.handle.net/11059/15312Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEl estudio y la implementaci ́on de redes de corriente continua suponen un desaf ́ıo para Colombia y el mundo. Aunque ya se vislumbran algunos proyectos, como las redes de transmisi ́on de alto voltaje en corriente continua (HVDC - High Voltage Direct Current), el uso de esta tecnolog ́ıa a ́un est ́a en sus primeras etapas. A pesar de ser reciente, se ha logrado conocer que las redes de corriente continua generan una disminuci ́on de p ́erdidas del 67 % en comparaci ́on con las redes de corriente alterna, esto se da al sobrepasar la distancia cr ́ıtica (aproximadamente 600-800 km en l ́ıneas a ́ereas o 50 km en l ́ıneas submarinas) (C ́an-Yancoba, 2017). Para el caso de estudio en el que se integra generaci ́on distribuida a la red, el uso de menos dispositivos de electr ́onica de potencia, que presentan p ́erdidas por conmutaci ́on o p ́erdidas por calentamiento, tambi ́en permite una reducci ́on considerable de estas, lo que a su vez mitiga los costos para los usuarios finales y las p ́erdidas econ ́omicas para las empresas operadoras de red en un futuro cercano.́Indice general 7 ́Indice de tablas 8 ́Indice de figuras 9 1. Introducci ́on 10 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2. Justificaci ́on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.2. Objetivos espec ́ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. Modelizado 17 2.1. Consideraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2. Formulaci ́on matem ́atica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.1. Funci ́on objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.2. Restricciones del flujo de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. M ́etodo propuesto 23 3.1. Enfoque maestro-esclavo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2. Modelo matem ́atico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2.1. Inicializaci ́on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2.2. B ́usqueda guiada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.3. B ́usqueda territorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2.4. Migraci ́on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6 ́Indice general 7 4. Sistema de prueba y resultados 30 4.1. Sistema de prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.2. Casos de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.3.1. Caso 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3.2. Caso 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.3.3. An ́alisis comparativo entre casos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 5. Conclusiones y trabajos futuros 39 5.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.2. Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40PregradoIngeniero(a) Electricista43 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaElectricidad - MedicionesAlmacenamiento de energíaBaterías de almacenamientoCorriente continuaAHAAlgoritmo hibridoBESSFlujo de cargaMaestro-esclavoPerdidasRed de distribuciónIntegración optima de sistemas de almacenamiento de energía basado en baterías para reducir las pérdidas de energía y los costos asociados al despacho en redes DC usando una estrategia de optimización ́hibridaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisStatus of power system transformation 2019. https://www.iea.org/reports/status-of-power- system-transformation-2019, 2019.Abdulrahman Alassi, Santiago Ba ̃nales, Omar Ellabban, Grain Adam, and Callum MacIver. Hvdc transmission: Technology review, market trends and future outlook. ELSEVIER, 112: 530–554, 2019.Maryam Arbabzadeh, Ramteen Sioshansi, Jeremiah X. Johnson, and Gregory A Keoleian. The role of energy storage in deep decarbonization of electricity production. nature communication, 10(3413), 2019. URL https://www.nature.com/articles/ s41467-019-11161-5.R Cecchini and G Pelosi. Alessandro volta and his battery. Ubicaci ́on: IEEExplore, 1992.L ́azaro N. C ́an-Yancoba. Estudio t ́ecnico comparativo de sistemas de transmici ́on de corriente directa (hvdc) y sistemas de transmici ́on de corriente alterna (hvac), 2017.Selahattin Garip and Saban Ozdemir. Optimization of PV and battery energy storage size in grid-connected microgrid. Applied Sciences, 12(16):8247, 2022.Walter Gil and Ricardo Herrera. Operaci ́on de sistemas el ́ectricos, 2023. Apuntes de clase.William M. Giral-Ram ́ırez, Hugo J. Celed ́on-Flor ́es, Eduard Galvis-Restrepo, and Angela T. Zona-Ortiz. Smart grids in the colombian electric system: Current situation and potential opportunities. Tecnura, 21(53):XX–XX, 2017. URL http://www.scielo.org.co/scielo. php?pid=S0123-921X2017000300119&script=sci_arttext.Luis F. Grisales-Nore ̃na, Oscar D. Montoya, and Jes ́us C. Hern ́andez. Efficient Reallocation of BESS in Monopolar DC Networks for Annual Operating Costs Minimization: A Combinatorial-Convex Approach. Batteries, 1(1):1–18, 2023.Sebastian A. Guerrero-Noboa. Ubicaci ́on ́optima de sistemas de almacenamiento de bater ́ıas para minimizar p ́erdidas en el sistema de distribuci ́on considerando indicadores en la calidad de la energ ́ıa., 2023.Iberdrola. Iberdrola. https://www.iberdrola.com/sostenibilidad/almacenamiento-de-energia- eficiente, 2023.Oscar D. Montoya, Walter Gil-Gonz ́alez, and Alexander Molina-Cabrera. Minimizaci ́on ́ exacta de las p ́erdidas de energ ́ıa y las emisiones de co2 en redes de distribuci ́on dc aisladas empleando fuentes fotovoltaicas. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizacióopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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