Control jerárquico-óptimo de microrredes aisladas

Palabras clave: Control Jerárquico, Despacho Económico, Fuentes Renovables, Gestión Energética, Microrred CC

Resumen

El objetivo del presente artículo fue proponer un método para realizar la gestión eficiente de recursos energéticos en una microrred aislada en corriente continua, empleando control jerárquico. El alcance del trabajo se limitó a estudios numéricos a través de modelos matemáticos precisos en una herramienta de simulación comercial para los componentes del sistema de microgeneración eléctrica. La metodología del control se basó en el reparto de potencias mediante una topología jerárquica con diferentes capas de control. Específicamente, los lazos de control internos que regulan las variables eléctricas en generadores individuales están en la base de la jerarquía, la técnica de reparto de potencias realiza una distribución de energía a un nivel intermedio y se complementa en un nivel superior por un algoritmo de optimización del tipo Newton-Raphson, minimizando un funcional de costo. Dicho costo de la microrred es definido, a su vez, en términos de índices de inversión y mantenimiento. Asimismo, una microrred CC aislada y de baja potencia, constituida por un arreglo de paneles fotovoltaicos combinados con un banco de baterías, es analizada como caso de estudio. El resultado más importante correspondió con la verificación de la optimización del costo de generación mediante simulaciones para los circuitos de control y potencia. En conclusión, la técnica propuesta verifica, a pesar de su simplicidad, un desempeño eficiente para el manejo de recursos energéticos de la microrred ante perturbaciones del entorno.

Biografía del autor/a

Ricardo Alzate-Castaño*, Universidad Industrial de Santander, Colombia

Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga-Colombia, ralzatec@uis.edu.co

María Alejandra Mantilla-Villalobos, Universidad Industrial de Santander, Colombia

Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga-Colombia, marialem@uis.edu.co

Referencias bibliográficas

J. Gowdy, “Our hunter-gatherer future: Climate change, agriculture and uncivilization”, Futures, vol. 115, p. 102488, Jan. 2020. https://doi.org/10.1016/j.futures.2019.102488

J. Pardoe; K. Vincent; D. Conway, “How do staff motivation and workplace environment affect capacity of governments to adapt to climate change in developing countries?”, Environ. Sci. Policy, vol. 90, pp. 46 – 53, Dec. 2018. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2018.09.020

W. Krauß; S. Bremer, “The role of place-based narratives of change in climate risk governance”, Clim. Risk Manag., vol. 28, p. 100221, 2020. https://doi.org/10.1016/j.crm.2020.100221

T. Abbasi; S. Abbasi, “Decarbonization of fossil fuels as a strategy to control global warming”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 15, no. 4, pp. 1828-1834, May. 2011. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.11.049

X. Zhou; T. Guo; Y. Ma, “An overview on microgrid technology”, in 2015 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), 2015, pp. 76–81. https://doi.org/10.1109/ICMA.2015.7237460

A. Hirsch; Y. Parag; J. Guerrero, “Microgrids: A review of technologies, key drivers, and outstanding issues”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 90, pp. 402-411, Jul. 2018. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.040

W. Guacaneme; A. F. Rodríguez; L. M. Gómez; F. Santamaría; C. Trujillo, “Development of a small-scale residential microgrid prototype”, TecnoLogicas, vol. 21, no. 43, pp. 107-125, Sep. 2018. https://doi.org/10.22430/22565337.1065

J. D. Garzón-Hidalgo; A. J. Saavedra-Montes, “A design methodology of microgrids for non-interconnected zones of Colombia”, TecnoLogicas, vol. 20, no. 39, pp. 39-53, May 2017. https://doi.org/10.22430/22565337.687

D. López-García; A. Arango-Manrique; S. X. Carvajal-Quintero, “Integration of distributed energy resources in isolated microgrids: the Colombian paradigm”, TecnoLogicas, vol. 21, no. 42, pp. 13-30, May 2018. https://doi.org/10.22430/22565337.774

M. Lonkar; S. Ponnaluri, “An overview of DC microgrid operation and control”, in IREC2015 The Sixth International Renewable Energy Congress, 2015, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/IREC.2015.7110892

A. Iovine; G. Damm; E. D. Santis; M. D. D. Benedetto, “Management controller for a DC MicroGrid integrating renewables and storages”, IFAC-PapersOnLine, vol. 50, no. 1, pp. 90-95, Jul. 2017. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.016

D. Murillo-Yarce; A. Garcés-Ruiz; A. Escobar-Mejía, “Passivity based control for DC-microgrids with constant power terminals in island mode operation”, Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia, pp. 32-39, Mar. 2018. https://doi.org/10.17533/udea.redin.n86a05

H. Saadat, Power System Analysis. PSA Publishing LLC, 2011.

M. M. Hoogwijk, “On the global and regional potential of renewable energy sources”, (Ph.D. Thesis), at Faculteit Scheikunde, Universiteit Utrecht, Mar. 2004. https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/20449848

S. Surender Reddy; P. R. Bijwe; A. R. Abhyankar, “Real-time economic dispatch considering renewable power generation variability and uncertainty over scheduling period”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 9, no. 4, pp. 1440-1451, 2015. https://doi.org/10.1109/JSYST.2014.2325967

W. D. Giraldo Gómez, “Metodología para la gestión optima de energía en una micro red eléctrica interconectada”, (Tesis de Maestría), Departamento de Energía Eléctrica y Automática, Universidad Nacional de Colombia., 2016.https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/57269

J. Lv; X. Wang; G. Wang; Y. Song, “Research on Control Strategy of Isolated DC Microgrid Based on SOC of Energy Storage System”, Electronics, vol. 10, no. 7, p. 834, Mar. 2021. https://doi.org/10.3390/electronics10070834

J. Giraldo; E. Mojica-Nava; N. Quijano, “Synchronization of isolated microgrids with a communication infrastructure using energy storage systems”, Int. J. Electr. Power Energy, vol. 63, pp. 71-82, Dec. 2014. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.05.042

J. Guo; T. Chen; B. Chaudhuri; S. Y. R. Hui, “Stability of Isolated Microgrids with Renewable Generation and Smart Loads”, IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 11, no. 4, pp. 2845-2854, 2020. https://doi.org/10.1109/TSTE.2020.2980276

L. Liang; Y. Hou; D. J. Hill, “Enhancing Flexibility of an Islanded Microgrid with Electric Springs”, IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 10, no. 1, pp. 899-909, 2019. https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2754545

D. J. Ryan; R. Razzaghi; H. D. Torresan; A. Karimi; B. Bahrani, “Grid-Supporting Battery Energy Storage Systems in Islanded Microgrids: A Data-Driven Control Approach”, IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 12, no. 2, pp. 834-846, 2021. https://doi.org/10.1109/TSTE.2020.3022362

J. G. de Matos; F. S. F. e Silva; L. A. d. S. Ribeiro, “Power Control in AC Isolated Microgrids with Renewable Energy Sources and Energy Storage Systems”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 6, pp. 3490-3498, 2015. https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2367463

J. M. Guerrero; J. C. Vasquez; J. Matas; L. García de Vicuña; M. Castilla, “Hierarchical control of droop-controlled AC and DC microgrids: A general approach toward standardization”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 1, pp. 158-172, 2011. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2066534

Z. Shuai; J. Fang; F. Ning; Z. J. Shen, “Hierarchical structure and bus voltage control of DC microgrid”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 82, Part. 3, pp. 3670–3682, Feb. 2018. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.096

W. Li; Y. Gu; H. Yang; W. Sun; Y. Chi; X. He, “Hierarchical control of DC microgrids combining robustness and smartness”, CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 6, no. 2, pp. 384-393, 2019. https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=8779793

A. A. Hamad; E. F. El-Saadany, “Multi-agent supervisory control for optimal economic dispatch in DC microgrids”, Sustain. Cities Soc., vol. 27, pp. 129-136, Nov. 2016. https://doi.org/10.1016/j.scs.2016.02.016

W. Gil- González; O. D. Montoya; E. Holguín; A. Garces; L. F. Grisales-Noreña, “Economic dispatch of energy storage systems in DC microgrids employing a semidefinite programming model”, J. Energy Storage., vol. 21, pp. 1-8, Feb. 2019. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.10.025

C. Li; F. de Bosio; F. Chen; S. K. Chaudhary; J. C. Vasquez; J. M. Guerrero, “Economic dispatch for operating cost minimization under real-time pricing in droop-controlled DC microgrid”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 5, no. 1, pp. 587–595, 2017. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2016.2634026

R. Alzate; M. Mantilla, “Proposal for the optimal management of a DC microgrid”, X International Symposium on Electric Power Quality (SICEL 2021). Pereira - Colombia. October 2021.

V. Utkin; J. Guldner; J. Shi, Sliding Mode Control in Electromechanical Systems. Taylor & Francis, 1999.

D. C. Hernández Malaver; K. J. Muñoz Galvis, “Control droop de una microrred simple”, (Trabajo de grado), Facultad de Ingenierías Fisicomecánicas, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, 2019. http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2019/178062.pdf

D. M. Hernández Vargas, “Despacho económico y su aplicación en microrredes eléctricas”, (Trabajo de grado), Facultad de Ingenierías Fisicomecánicas, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, 2019. http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2019/175927.pdf

Cómo citar
[1]
R. Alzate-Castaño y M. A. Mantilla-Villalobos, «Control jerárquico-óptimo de microrredes aisladas», TecnoL., vol. 25, n.º 53, p. e2358, may 2022.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Publicado
2022-05-31
Sección
Artículos de investigación
Crossref Cited-by logo