MIcrogeneración/MInigeneración REnovable Distribuida y su COntrol: MIRED-CON. Luis Hernández/CIEMAT

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1 MIcrogeneración/MInigeneración REnovable Distribuida y su COntrol: MIRED-CON Luis Hernández/CIEMAT

2 ÍNDICE Objetivos de MIRED-CON Elementos de CEDER-CIEMAT para proyecto MIRED-CON Equipamiento, Electrónica y Software Centro de Control y Energy Management System Conclusiones

3 El proyecto MIRED CON consistirá en la instalación de una infraestructura de medida y control avanzados sobre una red que pretende ser auto gestionada energéticamente, convirtiendo a esta nueva red en una referencia de lo que puedan ser las redes de distribución del futuro. Esta red de DG contendrá fuentes de generación renovable, almacenamiento (baterías como sistema de base, volante de inercia como sistema rápido) y cargas. Para ello se partirá de la red disponible en CEDER CIEMAT que presenta unas características interesantes de niveles de tensión, topología, centros de transformación (CTs) de diferente tipo, DG, diferentes tipos de consumos y almacenamiento de energía. El objetivo del proyecto es gestionar los elementos activos de la red para conseguir un determinado funcionamiento o situación que interese a la propia red o a la utility que suministra su potencia. Para ello se podrán establecer distintos criterios de operación: Mínimo consumo de la red, para lo cual se deberá sacar el máximo partido de las renovables instaladas, tratando de combinarlas con el almacenamiento disponible. Mínimo nivel de carga en las líneas de transmisión de la red. Mínimo nivel de carga en un determinado punto de la red. Objetivos de MIRED-CON Estado de mínimas pérdidas. Este criterio va unido con el aporte de la DG, ya que la entrega de energía por parte de estas fuentes de generación, junto al almacenamiento, supondrá la NO necesidad de entrega de energía por parte de la red de distribución, por consiguiente fomentar el negavatio. Maximización del beneficio económico. El aporte de las fuentes de generación renovable junto al del almacenamiento eléctrico, suponen en sí mismo un ahorro de energía solicitada a la red, además, si se disponen de elementos controlables (cargas, generación y almacenamiento), se podrá tratar de optimizar la factura eléctrica. A petición de la utility desde su centro de control (cc). Independientemente de los precios, ésta podría indicar deslastres de cargas/generaciones puntuales, o incluso la desconexión/conexión de un determinado CT que estuviera preparado para tal maniobra y su consiguiente operación.

4 Para conseguir lo anterior, se precisa: Crear una nueva tecnología Power Line Communication (PLC) en media tensión (MT) que satisfaga los siguientes requisitos de aplicación de: Alcance > 5 km en líneas MT (sin derivación). Throughput de 500 kbps (nivel de aplicación). Adaptación dinámica a condiciones del canal. Desarrollo opción tecnológica. Basado en Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), extensión PoweRline Intelligent Metering Evolution (PRIME) a MT. Las ventajas para la propia red de disponer de una Advanced Metering Infrastructure (AMI Infraestructura de Medida Avanzada), para el control de la generación, almacenamiento y demanda serán: Control y estado de los tramos de línea existentes. Optimización de la generación y consumo en el tramo local de la red de distribución, de forma que se pueda presentar un balance de energía casi neutro hacia la red de transporte/distribución. Minimización de las pérdidas locales. Posibilitar la penetración de las renovables y de manera distribuida. PLC+PRIME como solución last mile para medida, supervisión y control en BT. Y para las utilities: PLC+PRIME como solución al control a través de MT. La inteligencia y control de la generación, almacenamiento y demanda, repercutirá en un suministro de la energía. Tratarán de eliminar las pérdidas por transporte de energía innecesarias. Objetivos de MIRED-CON

5 Elementos de CEDER-CIEMAT para proyecto MIRED-CON Esquema eléctrico y de comunicaciones:

6 Sistema de bombeo: Mediante tubería diferente a la del turbinado, se plantea la posibilidad de bombear agua desde un depósito inferior hasta uno superior, mediante dos grupos SIHI motor bomba series AKH 6100 (6103) y potencia eléctrica 18,5 kw cada una. Al disponer de un sistema de turbinado y bombeo, se podrá optimizar la energía, y además, emplear el grupo de bombeo como carga controlable. Otros elementos Elementos de CEDER-CIEMAT para proyecto MIRED-CON Como elementos adicionales, se dispone en el centro de una instalación Baseline Surface Radiation Network (BSRN) junto a su datalogger. Además, hay instaladas diferentes torres meteorológicas distribuidas por diversas partes del centro. Las variables climáticas pueden ser interesantes para la monitorización on line (información a los usuarios), así como para su tratamiento off line, de cara al estudio de análisis de correlaciones entre ellas y la demanda/producción, y para emplearlas como variables de entrada en los modelos de predicción.

7 Equipamiento, Electrónica y Software A la hora de especificar el equipamiento electrónico se ha optado por contemplar una serie de requisitos generales que todo fabricante adopta con objeto de maximizar el retorno de su inversión en I+D: Se seguirá el criterio 80/20, esto es, se diseñará un equipamiento electrónico compacto que facilite la automatización del 80% de los CTs con dos líneas. Para el 20% restante, como por ejemplo, CT/reparto con más de tres líneas de media tensión, se abogará por una solución distribuida. En este punto es interesante recordar la tipología de CT que nos podemos encontrar: Centros de transformación tipo I: Este tipo de CT son los más numerosos. Las celdas que nos encontramos son de tipo 2L1P o 3L1P. Centros de transformación tipo II: este tipo de CT/reparto se encuentran en grandes urbes, y pueden constar de varias líneas (>3) y varios transformadores de potencia. CT Tipo I Protocolos de comunicación del transformador

8 Centro de Control y Energy Management System Centro de control (cc): el cc será responsable de recoger la información de los Data Concentrators (DCs), los cuales almacenarán la información registrada por los Smart Meters (SMs). Una vez recopilados los datos, serán insertados en una base de datos, para su posterior tratamiento y representación en un sistema Software. El Software estará formado por un sistema SCADA y una base de daros que albergará información procedente de varias áreas (medida de los SMs principalmente, aunque se nutrirá de la base de datos de la medida meteorológica), para la gestión óptima de la ingente cantidad de información generada, y cuyo objetivo será presentar la información a los usuarios de las instalaciones y emplear los datos necesarios para los modelos de predicción y la toma de decisión. SCADA: este sistema monitorizará en tiempo real el estado de la red de MIRED CON. Se comunicará con los nodos principales de supervisión/automatización de MT. Base de datos: principalmente integrará información de la medida procedente de los DCs de los CTs, los cuales almacenarán la información de los SMs. Otra base de datos dentro del mismo gestor de base de datos mantendrá las medidas de las estaciones climáticas desplegadas en CEDER CIEMAT. Se puede destacar como interesante lo siguiente: Con el atributo o campo meter_type de la tabla METERS, se podrá diferenciar los contadores fiscales de los gestionables. Dentro de estos últimos se podrá diferenciar entre generador, almacenamiento o carga. La tabla CUSTOMERS servirá para poder definir los CTs. De esta forma, varios SMs podrán pertenecer a un mismo CT. La tabla GROUPS servirá para poder crear las zonas existentes en CEDER CIEMAT.

9 Energy Management System (EMS): el objetivo del EMS será gestionar la energía eléctrica del CEDER CIEMAT atendiendo a los diferentes objetivos globales y locales: Mínimo consumo de la red. Minimización de pérdidas por distribución. Disminución de picos de potencia. Reducción de factura eléctrica. Centro de Control y Energy Management System EMS percibe el estado actual de la red y aplica las órdenes necesarias para regular la red y que satisfaga en la medida de lo posible los objetivos propuestos. Estas acciones acarrean cambios en la red, cuyo nuevo estado es percibido por el sistema haciendo que un nuevo ciclo vuelva a comenzar.

10 Energy Management System (EMS): Los componentes principales del sistema EMS son: Centro de Control y Energy Management System Un primer módulo llamado EMaT (Energy Management Training Framework) cuya función es hallar la mejor configuración para la red atendiendo a diferentes objetivos a cumplir (mínima demanda posible, mínimas pérdidas, etc.) EMaT calculará, así, un conjunto de configuraciones óptimas para las distintas situaciones (perfiles) en las que pueda encontrarse la red. Estos perfiles se almacenan en forma de reglas en un catálogo que es consultado por el módulo EMF (Energy Managment Framework). Este segundo módulo se ocupa de gestionar el sistema y dar órdenes a los elementos controlables en función del Catálogo de Perfiles/reglas. Finalmente, existe un tercer componente, ViMaT, que se usará sólo para realizar pruebas en laboratorio. Su función es actuar como simulador para validar el sistema.

11 Energy Management System (EMS): El objetivo de EMaT será el de crear reglas de decisión obtenidas de un Algoritmo de Optimización Multiobjetivo (AOM) en una etapa previa de aprendizaje/entrenamiento. El AOM emplea algoritmos genéticos para la obtención de la solución óptima. La validez de las soluciones se determina usando el simulador de red eléctrica GRIDLAB D. El módulo EMF se ocupa de la gestión automática de la red. Éste podrá tener acceso a los datos recogidos por los SMs de la red a través de sus concentradores de datos, accesibles desde cualquier CT (cada concentrador de datos tiene una IP asociada). Por tanto, EMF intentará identificar los diferentes perfiles y políticas de actuación posibles, tratando de tomar decisiones a nivel de red y actuando sobre aquellos elementos que sean gestionables. Por tanto, las funciones de EMF son: Identificación del perfil existente. Ejecución de las reglas de decisión mediante las órdenes oportunas. Asignar las órdenes a los nodos de transformación correspondientes. Centro de Control y Energy Management System El EMF recibe información de todos los concentradores de datos y monitoriza la red a través de su componente Monitor. Además, también vigila las desviaciones y actúa en consecuencia generando señales de alarma si fuese necesario. El Monitor envía toda la información necesaria al componente de Decision. Este último, como su propio nombre indica, se ocupa de clasificar la situación actual en un perfil concreto. Si este perfil no se encontrase en el catálogo de reglas, se lanzaría el EMaT para hallar una solución a esta nueva situación. Tras la obtención de las reglas a aplicar, éstas son enviadas al Executor, el cual se ocupa de convertirlas en órdenes y de transmitirlas al elemento correspondiente. Por último se encuentra el módulo de ViMaT, cuyo objetivo será el de reproducir las condiciones de CEDER CIEMAT. Estará formado por un conjunto de máquinas virtuales que simulen las limitaciones de memoria, de disco duro, de tiempo de espera y de coexistencia con otros servicios que se tendrán cuando se implemente en el Hardware de la electrónica de red desplegada en los CTs.

12 Energy Management System (EMS): Centro de Control y Energy Management System

13 Conclusiones El proyecto MIRED CON pretende demostrar y potenciar la necesidad de la figura del agregador, así como posibilitar y gestionar la integración en redes de fuentes de origen renovable y almacenamiento, de manera distribuida, pero en lugares próximos a los consumos finales. Para conseguir lo anterior, se precisa un despliegue de sensórica con inteligencia asociada, por lo que se plantea una evolución de los nuevos dispositivos electrónicos integrados. La capa de comunicación jugará un papel primordial, ya que la transmisión de la medida, supervisión y control por medio de PLC en BT, basado en PRIME, se posiciona como la solución last mile de futuro. Además, dentro de estos nuevos escenarios, se necesita un sistema de información para la supervisión y operación de los dispositivos electrónicos integrados, y que permita el intercambio de información con el sistema de información del operador del sistema.

14 Muchas gracias

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