Centro de Innovación Tecnológica en Convertidores Estáticos y Accionamientos. Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Politécnica de Catalunya CITCEA-UPC Aspectos prácticos de la microgeneración Ph.D Antoni Sudrià, Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la UPC Director CITCEA-UPC Director Área Eléctrica del IREC V Jornadas Internacionales de Innovación Energética V Taller Internacional -CYTED Eficiencia energética, sostenibilidad y seguridad 7 de octubre de 2010 Universidad Politécnica de Catalunya. Barcelona, España
Porque necesitamos una red eléctrica inteligente? Mercados y competen cia Eficiencia energética Objectivo Seguridad y calidad Red eléctrica actual: -Generación centralizada y adaptada a la demanda -Flujo energético unidireccional -Consumidores pasivos -Red de distribución al servicio de la demanda 20 20 20 Energías renovable s Desarrollo redes Red eléctrica del futuro: -Generación centralizada y distribuida (no controlable) -Flujo energético multidireccional -Consumidores activos -Nuevos servicios auxiliares
Porqué necesitamos una red eléctrica inteligente? Cual es la situación actual? Necesidad de asegurar el crecimiento sostenible y minimizar el impacto ambiental: Aumentar la eficiencia energética Reducirlapuntadelademanda Incrementar las energías renovables y la generación distribuida La sociedad digital del siglo XXI es totalmente dependiente de la electricidad La penetración de las renovables, la generación distribuida y el incremento de la demanda llevan el sistema al límite La oposición social no permite el desarrollo de nuevas infraestructuras La desregulación del mercado aumenta las incertidumbres del sistema Es necesario recordar: Que la electricidad es el único producto industrial que se ha de consumir en el mismo momento en que se fabrica
Porqué necesitamos una red eléctrica inteligente? Cuál es nuestro reto? Asegurar un suministro de electricidad fiable y de calidad a la moderna sociedad digital de forma sostenible y respetuosa con el medio ambiente Como lo conseguimos? Con la aplicación de las tecnologías disponibles a: Eficiencia energética Integración energías renovables y generación distribuida Gestión de la demanda Monitorización y control Detección de fallos y autorecuperación Sistemas flexibles de transmisión FACTS Este es el camino que nos lleva hacia la red inteligente
Que esperamos de una red eléctrica inteligente? Fiable y autoreparable: Proporciona la seguridad y calidad de suministro que necesita la sociedad digital del siglo XXI Accesible a todos los usuarios de la red: Permite la participación activa de los consumidores por medio de la gestión de la demanda Garantiza la conexión de las generaciones y almacenamientos distribuidos Económica: Optimiza la utilización de los activos y la eficiencia energética Asegura la competencia y la regulación Permite nuevos productos, servicios y mercados (vehículo eléctrico, microredes) Innovación tecnológica: Sensores, monitorización, medidores, control digital, electrónica de potencia, informática, comunicaciones.
Que hace que una red eléctrica sea inteligente? Un sistema de sensores y medidores para conocer el estado del sistema Una infraestructura de comunicaciones para transmitir las medidas de los sensores y las ordenes de control Algoritmos de control que procesen las informaciones recibidas y generen las ordenes de control Actuadores que efectúen las ordenes de control Las cuatro capas tecnológicas de la red inteligente Decisión inteligente Comunicaciones Sensores-Actuadores Generación-Transporte-Distribución-Almacenamiento-Consumo
Nos dejamos los consumidores inteligentes! Concepto clave de la red inteligente es gestión de la demanda Los consumidores modifican su patrón habitual de consumo de electricidad id d en respuesta a cambios en el precio o a incentivos diseñados para inducir un consumo menor durante los períodos previstos de puntas de demanda, períodos de costes elevados o cuando sucede alguna incidencia en el sistema. De esta forma se reduce la carga durante los períodos críticos: El resultado para el consumidor inteligente es un ahorro energético y ver su factura reducida. Para las empresas eléctricas una reducción automática de la energía a suministrar, la previsión de la demanda a suministrar, minimización de las reservas, optimización de los activos y aplazamiento de las inversiones Son necesarios electrodomésticos y equipos inteligentes; y tres niveles de comunicaciones: Internet, contadores inteligentes (smart meters) y una Home Area Network.
La propuesta liderada por Whirpol
Nuevas arquitecturas, nuevos componentes: Microredes Con la generación distribuida muchos consumidores son al mismo tiempo generadores. Para poder gestionarlos es necesario agruparlos en unidades que para la red sean vistos como uno solo. Esta agregación de consumos si al mismo tiempo incorpora una generación o almacenamiento recibe el nombre de microred. Esta nueva arquitectura requiere unos Módulos Inteligentes de Integración (i- Node, i-socket). Una microred tiene un comportamiento eléctrico muy flexible gracias a los i-node i i-socket basados en la tecnología de la electrónica de potencia y en grandes capacidades de comunicaciones en tiempo real. La microred puede dar soporte a la estabilidad de la tensión ya que puede generar y consumir tanto potencia activa como reactiva, puede mejorar la calidad de la onda y asegurar la continuidad en el caso de funcionamiento en isla.
La microred experimental del IREC Proyecto desarrollado por el IREC, CITCEA i CINERGIA dentro del proyecto SmartCity d ENDESA con el objetivo: Desarrollar y poner en marcha una microred experimental que permita investigar algoritmos de gestión en diferentes escenarios
Presentación de la microred experimental del IREC Elementos de gestión Emuladores
Concepto de microrred emulada Emulador: Dispositivo que intercambia (genera/consume) la misma potencia eléctrica que intercambiaría el dispositivo emulado en las mismas condiciones de funcionamiento. Emulación de la fuente de generación / almacenamiento / carga La potencia eléctrica es 100 % real Independencia de la meteorología. Requerimientos de espacio e instalación menores Simulación ió de ciclos il diarios i en tiempos reducidos Permite reproducir cualquier escenario. Ejemplos: Sistema fotovoltaico endiferentes ubicaciones, fechas, horarios Sistemas eólicos con diferentes condiciones de viento Sistemas de almacenamiento en diferentes condiciones de carga Cualquier tipo de carga La microrred futura incorporará tanto elementos emulados cómo reales
PLATAFORMA ELECTRÓNICA DE POTENCIA El emulador se basa en módulos de electrónica de potencia en estructura back to back b k para dar al sistema: flexibilidad: se pueden emular distintos dispositivos modificando el software del DSP eficiencia: al tratarse de un sistema bidireccional se consumen solamentelaspérdidas Emulador: -Eólico -Batería -Consumo Dispositivo: -Generación -Almacenaje -Carga
DISPOSITIVO MICRORED (I) Elemento que permite la regulación de potencia, tanto activa como reactiva, a través de la conexión a un i Socket.
DISPOSITIVO MICRORED (II)
EMULADOR (I)
Voltage Source Converter Es un ondulador trifásico de 10kVA diseñado específicamente para ser el power electronics building block de las plataformas de emulación y las microredes. Característica Valor Unidad V ac 400 Vrms I ac 15 Arms V dc 800 V F sw(max) 20 khz Potencia nominal 10 kva
Voltage Source Converter
Placa de control Entradas y salidas Fuente Puerto de serie Entrada de encoder E/S analógicas adicionales JTAG DSP Terminales de CAN Boot config Tratamiento del señal analógico DAC CAN LEDs Terminales de prueba Salida analógica de 0 a 10V
Microrred actual (utilizada en el proyecto Smart City)
Microrred futura
Microrred actual Esquema de potencia
Microrred actual Esquema de control
Definiciones Algoritmo simple Operación en modo distribuido y centralizado Control independiente di de P y Q con generación y demanda d intermitente Priorización según precio de la energía y disponibilidad de los dispositivos CONTROL CENTRALIZADO El inode regula la P y Q totales t enviando la misma señal fp y fq a todos los isockets. Los isockets calculan la P* y Q* en función de determinados parámetros que varían dinámicamente. CONTROL DISTRIBUIDO Los isockets deciden la P* y Q* a consignar al convertidor, el inode actúa cómo pasarela de comunicaciones y monitorización.
25 Modo centralizado
Modo distribuido
inode P < 0 Generación P > 0 Consumo Control P -100 < Fp < 100 Control Q -100 < Fq < 100 27
isocket Parámetros α i β: Límites de cada nodo Se recalculan dinámicamente Definen las prioridades 28
Análisis estático Incremento señal Fp de -10 a 0
Análisis estático Reducción precio de la energía
Simulación dinámica
Pruebas con la microrred emulada Plataforma demostrativa ti Implementación final 32
Pruebas con la microrred emulada
Gracias por vuestra atención www.citcea.upc.edu www.cinergia.coop www.irec.cat cat 34