Propuesta de metodología de diseño de una nano-red modular

Abstract

Los últimos años el cambio climático, los avances en tecnología y la creciente explotación de las fuentes renovables de energía han motivado investigación y desarrollo en torno a la incorporación de estas fuentes a los sistemas eléctricos. Dicha incorporación se ha dado a gran escala en el sector de generación, pero también ha tomado fuerza el último tiempo el desarrollo de micro y nano redes. Estas redes más pequeñas que cuentan con generación mediante fuentes renovables pueden operar conectadas al sistema de distribución o también en modo isla, es decir, de forma autónoma. Por otro lado, el desarrollo de la urbanización ha ido creciendo. En este ámbito, para poder llevar energía eléctrica a nuevos lugares se necesitan expansiones en las redes de distribución (y transmisión en caso de ser necesario), las cuales requieren grandes inversiones. Una alternativa a esto es la generación distribuida o generación en los lugares de consumo en MR o NR. En este trabajo se propone una metodología para diseñar MR y NR, que consta de un modelo matemático para optimizar su tamaño. La metodología se prueba para distintos escenarios geográficos y de consumo. Los resultados, comparados con una herramienta especializada (HOMER), muestran que el modelo funciona correctamente y entrega un resultado cercano al óptimo. Así, se tiene un modelo simple, con pocas variables a considerar y que reduce el tiempo de cálculo considerablemente. Luego, se propone una estrategia de control para operar la NR y demostrar que el dimensionamiento entrega una solución que es estable. El esquema de control primario está basado en control Droop, con el que se controla tensión y frecuencia de la red. Los casos de estudio muestran que la NR se comporta de buena manera ante variaciones en el consumo y generación. Con esto se tiene una metodología de diseño simple, rápida y que entrega buenos resultados para dimensionar NR, especialmente de bajo consumo. Se pueden dimensionar los módulos de forma correcta gracias a que, al tener menos unidades de generación y almacenamiento, el error que hay en el cálculo de su desempeño es menor. Dado esto, simplificar ecuaciones sacrificando detalle, permite tener un resultado correcto (similar al de los cálculos más detallados hechos por herramientas especializadas) en menor tiempo.