12 julio 2010

Discusión de aspectos técnicos en el diseño de MicroGrids (I)


En muchos artículos venimos hablando de las tecnologías emergentes que se vienen utilizando en generación distribuida. Las MicroGrids están recibiendo un interés creciente de la industria de generación, en parte porque su estructura técnica y comercial se muestra prometedora como medio para tomar ventaja de la generación distribuida.


 Los grupos de MicroGrids entran en las siguientes categorías:
  • Sistemas que están previstos para operar aislados de una red de distribución convencional.
  • Sistemas que están normalmente conectados a una red de distribución de mayor tamaño.

Conceptualmente, la MicroGrid aislado es como una versión a pequeña escala de una red de distribución convencional. Sin embargo, hay características distintivas debido a que la generación la MicroGrid. Estos tipos de generación incluyen interfaces electrónicas de potencia y son a veces intermitentes en su naturaleza. Para suministrar con fiabilidad y calidad, la MicroGrid debe tener mecanismos para regular el voltaje y la frecuencia en respuesta a cambios en las cargas del cliente y perturbaciones en el sistema. La penetración de generación distribuida en una MicroGrid aislada es, por definición, un 100 %.
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Un MicroGrid conectado a la red se integra de forma que la penetración puede aproximarse o incluso exceder al 100 %. La MicroGrid está diseñada y operado de forma que aparezca predecible y las cargas o generador se conecten ordenadamente en el punto de interconexión.
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Esta disposición proporciona varias ventajas:
  • Los propietarios de DG operan de forma más económica y permiten exportar energía.
  • Los clientes pueden tener un servicio continuado, aunque posiblemente a un nivel reducido, cuando se pierde la conexión con la compañía suministradora.
  • La MicroGrid puede controlarse proporcionando estabilidad al sistema.

La red anfitriona depende de la MicroGrid para servir a los clientes locales y no depender de la infraestructura de subestaciones para suministrar a toda la carga..

A) ASPECTOS TÉCNICOS DE LA MICROGRID
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Interconexión
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La complejidad de la interconexión entre MicroGrid y la red principal está afectada por el tipo de generación de energía en la MicroGrid, el número y localización de puntos de interconexión, y el nivel de penetración de los sistemas MicroGrid con la red principal.
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Tipos de generación de energía
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Para una MicroGrid que usa generación convencional, tal como gas natural o motores recíprocos diesel, el diseño y la ingeniería del sistema son relativamente bien conocidos. Sin embargo, para muchos MicroGrids emergentes que usan fuentes de energía alternativas – tales como células de combustible, fotovoltaica, y microturbinas – el diseño e integración del sistema con la red principal es un desafío por la falta de experiencia con tipos de generación no convencionales.
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Puntos de interconexión
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La mayoría de las MicroGrids conectadas a la red tienen un único punto de interconexión con la red principal. Los requerimientos de interconexión están relativamente bien definidos para un único punto de interconexión. Sin embargo, las MicroGrid a gran escala y las MicroGrid que buscan fiabilidad en la conexión a través de redundancia pueden requerir múltiples puntos de interconexión. La coordinación del control y la protección es más complicada conforme se incrementan los puntos de interconexión.
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La localización de los puntos de interconexión puede también tener un efecto en el diseño y rendimiento de una MicroGrid. Si la MicroGrid está en un área remota, como es el caso de algunos pueblos o plantas industriales, la red puede ser débil porque la regulación de voltaje y frecuencia no son correctas. En estas situaciones, la dinámica de los transitorios en la red puede tener un efecto significativo en la regulación y estabilidad del voltaje del sistema. Dificultades adicionales pueden surgir cuando las MicroGrids están conectadas a una red secundaria o una red en un punto. En estas situaciones, los algoritmos de protección y control son más complicados que los usados cuando se conectan con un sistema de distribución radial.
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Nivel de penetración.
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Eventos en el sistema tales como encendido de iluminación, fallos de equipos, y caídas en líneas de distribución son comunes en las redes de distribución. Las MicroGrids se espera respondan a aquellos eventos disparando las protecciones hasta que la red se recupere. Sin embargo, si a la red se conectan muchas MicroGrid y varias de estas entidades son exportadoras netas a la red general, el comportamiento de respuesta puede ser perjudicial.
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Funcionamiento en isla intencional
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Si bien las MicroGrids conectadas a la red pueden diseñarse con capacidad para operar aisladas, la transición entre en paralelo a la red y operación aislada puede ser un desafío. En algunos casos, las MicroGrids se espera se cierre una vez se pierde la red principal y arranque para continuar suministrando a las cargas locales. Los cortes de energía a las cargas locales duran entre segundos y minutos, dependiendo del tiempo de arranque de las instalaciones de generación en las MicroGrids. En muchos casos, sin embargo, un efecto ruptura o transitoria a las cargas en la MicroGrid no es aceptable. Para estos sistemas, se necesita un control de transición sin cortes. Este proceso de transición se denomina funcionamiento en isla intencional.
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Para prevenir los grandes transitorios de frecuencia y voltaje que siguen a la pérdida de una red principal, el control del funcionamiento en isla intencional debe ser capaz de mantener la regulación de voltaje a la vez que exhiben rápidas cualidades de rechazo a los transitorios. La generación distribuida debe ser capaz de soportar corrientes transitorias y temporales muy por encima de la demanda de carga conectada debido a la irrupción del magnetismo y a la dinámica de los motores. El funcionamiento en isla intencional es uno de los desafíos más significativos para hacer que las MicroGrids conectadas a la red sean una solución atractiva para clientes de alta fiabilidad.
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Palabras Clave: Intentional islanding
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(ver 2ª PARTE)
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