Estudio de microgrids con interfases de convertidores de dc ac
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Estudio de microgrids con interfases de convertidores de dc ac Estudio de microgrids con interfases de convertidores de dc ac Presentation Transcript

  • Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC Fabio ANDRADE RENGIFO Candidato a Doctor - (Universidad Politécnico de Catalunya UPC)Magíster en ingeniería con énfasis en Automática - (Universidad del VALLE-May.08) Ing. Electrónico - (Universidad del VALLE-May.03) Motion Control and Industrial Applications Group Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC
  • Estado del arte: MICROGRID“… MicroGrid concept assumes an aggregation of loads and microsources operating as a single systemproviding both power and heat. The majority of the microsources must be power electronic based toprovide the required flexibility to insure operation as a single aggregated system …” [Lasseter et al, 2002] MGCC LC LC LC DG DG R Microgrid [Dimeas y Hatziargyriou, 2005] Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 2
  • Estado del arte Integration ofClassical DERelectrical system Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC
  • Estado del arte California Energy Commission U.S. Department of Energy Microgrid Concept2009 2003 – 2002 – 2001 Distributed Generation Interface to the CERTS Microgrid The Operation of Diesel Gensets in a CERTS Microgrid  A Business Case for On-Site Generation: The BD Biosciences Pharmingen Project2006  Microgrid Energy Management System Validation of the CERTS Microgrid Concept The CEC/CERTS  Review of Test Facilities for Distributed Energy ResourcesMicrogrid Testbed  Integration of Distributed Energy Resources: The CERTS Autonomous Control of Microgrids MicroGrid Concept Dynamic Distribution using (DER) Distributed Energy  White Paper on Protection Issues of The MicroGrid ConceptResources  Industrial Application of MicroGrids Control and Design of Microgrid Components2005 Energy Manager Design for Microgrids2004 The CERTS Microgrid and the Future of the Macrogrid Behavior of Two Capstone 30kW Microturbines Operating inParallel with Impedance Between Them Microgrid: A Conceptual Solution Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 4
  • Estado del arte Proyectos Europeos que han trabajado en Microgrids2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 MICROGRID – Large Scale Integration of micro-generation to low Voltage Grid (1/1/2003 – 31/12/2005) More Microgrids – Advanced Architectures and Control Concepts For More Microgrid (1/1/2006 – 31/12/2009) Crisp – distributed intelligence in critical infrastructure for sustainable power (CRISP) (1/10/2002 – 30-6/2006) DISPOWER – Distributed Generation with High Penetration of Renewable Energy Sources (1/1/2002 – 31/12/2005) FENIX - Flexible electricity networks to integrate the expected “energy evolution” (1/10/2005) – (30/9/2009) Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 5
  • Estado del arte The Netherlands United Kingdom Romania France Athens Spain Germany Austria ItaliaEstudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 6
  • Estado del arte Control de Microgrid DNO MO MGCC MGCC MGCC LC LC LC LC LC LC LC LC LC DG DG R DG DG R DG DG R Microgrid 1 Microgrid 2 Microgrid nI. Distribution Network Operator (DNO): Funcionamiento técnicoIII. Market Operator (MO): Operaciones de mercadoIV. Microgrid Central Controller (MGCC): Funcionamiento de la Microgrid.IV. Local Controllers (LC): Controladores. [Dimeas y Hatziargyriou, 2005] Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 7
  • ESTRUCTURA DE UNA MICROGRID Control de Microgrid (LC)Compartir potencia: Publica 3ф 230V / 50 Hz Red INVERSOR N INVERSOR 1 INVERSOR 2 PCC Conexión red Uno de los mayores problemas que estos sistemas pueden afrontar esta en compartir Load control la potencia entre generadores y consumidores sin comunicaciones entre ellos CARGAS Fuente de Fuente de Fuente de energía energía energía renovable renovable renovable BATERIA Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 8
  • Controlador local (LC) Control de Microgrid Inversor FiltroVref  Vsent  Controladores internos: • Lazo de control de voltaje • Lazo de control de corriente  Curva Droop P  vs P Filtro Low Calculo V Curva Droop Q Pass de P y Q V vs Q Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 9
  • Controlador local (LC) Control de Microgrid “Curvas Droop”Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 10
  • Microgrid conectada a la Red eléctrica publicaEstudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 11
  • Microgrid en modo aislado   I1 I2 Z3  Renewable Renewable Source 1 Source 2   V1 Z1 Z2 V2 Inverter 1 Filter 1   Filter 1 Inverter 2   I1 I2 Z3 f PQ   0  k p P ,V   ,V   0  k p P PQ f s f V  V0  kvQ V  V0  kvQ s f Z1 Z2 Pi Qi     Pi Qi I1 I2 Idq Vd I d  Vq I q Idq  Vd I d  Vq I q Vd I q  Vq I d PLL  PLL  Vd I q  Vq I d   Vdq Vdq V V2 1 Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 12
  • Microgrid en modo aisladoA Mathematical model   I1 I2 Z3   Renewable Renewable Source 1 Source 2   V1 Z1 Z2 V2 Inverter 1 Filter 1   Filter 1 Inverter 2 f Ps   Pi s  Pi s   Vd I d  Vq I q s f Qi s   Vd I q  Vq I d f Qs   Qi s  s f Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 13
  • Microgrid en modo aisladoA Mathematical model   I1 I2 Z3   Renewable Renewable Source 1 Source 2   V1 Z1 Z2 V2 Inverter 1 Filter 1   Filter 1 Inverter 2   0  k p P V  V0  kv Q droop curves (f vs P and V vs Q) Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 14
  • Microgrid en modo aisladoA Mathematical model   I1 I2 Z3   Renewable Renewable Source 1 Source 2   V1 Z1 Z2 V2 Inverter 1 Filter 1   Filter 1 Inverter 2 f Ps   Pi s  s f    f   k p f  P  i f V   f V  kv f  Qi  Qs   Qi s  s f Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 15
  • Microgrid en modo aisladoworking in the time domain    f   k p f  P  i V   f V  kv f  Qi   V  Vd  jVq Vq  V sin   Vq    arctan     Vd  V cos   Vd  Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 16
  • Microgrid en modo aisladoworking in the time domain    f   k p f  P  i V   f V  kv f  Qi    VqVd  Vd Vq      Vd  Vq 2 2 V  Vd  jVq Vq  V sin  V  Vd  Vq  Vq  2 2   arctan     Vd  V cos   Vd  Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 17
  • Microgrid en modo aislado      f   k p f P    k p f Vd Vd   f Vd  Vq  Q  V    V   V   k v f Vq Q Vq  d f q  VWe have a set of equations which describe the behavior of eachinverter Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 18
  • Microgrid en modo aisladoThe whole system 1   f 11  k p1 f 1 P  1  V   V   V  k p1 f 1Vd 1 Q   d1 f 1 d1 1 q1 V1 1   k v1 f 1Vq1 Vq1  1Vd 1   f 1Vq1  Q1  V1   2   f 2 2  k p 2 f 2 P2      V   V  k p 2 f 2Vd 2 Q Vd 2  f 2 d2 2 q2 2 V2  V   V   V  k v 2 f 2Vq 2 Q   q2 2 d2 f 2 q2 V2 2  Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 19
  • Microgrid en modo aisladoThe network   I1 I2 Z3   Renewable Renewable Source 1 Source 2   V1 Z1 Z2 V2 Inverter 1 Filter 1   Filter 1 Inverter 2  I1d   G11  B11  G12 B12  Vd 1    I     I1  Y1  Y3  Y3   E1   1q    B11 G11  B12  G12  Vq1          I  I 2    Y3 Y2  Y3   E2   2d  G12 B12 G22  B22  Vd 2        I 2 q   B12    G12 B22 G22  Vq 2    Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 20
  • Microgrid en modo aislado  System  I1 I2 Z3  Renewable Renewable Source 1 Source 2   V1 Z1 Z2 V2 Inverter 1 Filter 1   Filter 1 Inverter 2 Variable Value unit Line transmission (Z3) 0.5+3i Ω Local load (Z1) 13+6i Ω Local load (Z2) 25+13i Ω Cut-off freq. of measuring filter (ωf) 37.7 rd/s Frequency droop coefficient (kp) 0.0005 rd/s/W Voltage droop coefficient (kv) 0.0005 V/VAR Nominal frequency 377 rd/s Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 21
  • Microgrid en modo aislado  Eigenvalues of lineal system X  A X  ~ ~    37.7  0.466  0.936 0 0.157 0.944  0  36.57  0.217 0  0.94 0.157    154.5 0 0 0 0 0  A   0 0.097  0.956  37.7  0.34  0.97  0  0.954 0.097  9.86  36.5  2.42    0   0.061 0.006 154.9  2.32  0.15  1  0; 2  10.8; 3  26.9; 4  35.7 5  37.7; 6  37.5;Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 22
  • ResultadosUn sistema Microgrid con dos inversores de 15KVA trabajando conla red eléctrica Flujo de potencia en la Microgrid 20 15 10 5 Potencia (kW) 0 -5 -10 Generador 15kVA Generador 15kVA -15 Carga Red Electrica Publica -20 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 Seg (s) Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 23
  • Resultados Sistema aislado de dos generadores compartiendo potencia Potencias en la Microgrid Variación de la frecuencia 3500 378.6 378.4 378.5 3000 377.05 Frecuencia (Rd/s) 378.2 378 2500 377 378 377.5Potencia (W) 377 376.95 377.8 2000 376.5 376.9 377.6 0 1 1500 376.85 377.4 4.5 5.5 1000 377.2 P Generador 1 377 500 P Generador 2 Q Generador 1 376.8 Q Generador 2 0 0 2 4 6 8 10 376.6 0 2 4 6 8 10 Tiempo (s) Tiempo (s) Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 24
  • Resultados Lugar geometrico de las raices Lugar geometrico de las raices 40 60 30 40 20 1 mH 20 10 10mH 10mH 1 mH 0 0 -10 10mH -20 -20 1 mH -40 -30 -40 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 -60 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Variación de la inductancia de transmisión en la Variación de los parámetros kp y kv de las curvasMicrogrid droop Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 25
  • Conclusiones Se ha mostrados varias configuraciones de Microgrids basadas en convertidoresDC/AC operando en dos modos diferentes, un primer modo conectada a la redeléctrica pública y un segundo modo aislada. En cada modo de operación se maneja consignas diferentes, de esta formacuando la Microgrid está conectada la red eléctrica pública los generadores dan lamáxima potencia posible y cuando la Microgrid está aislada se comparte lapotencia por medio de las curvas droop. Se ha encontrado un modelo de pequeña señal de una Microgrid en modoaislado que permite estudiar la estabilidad del sistema. Este modelo no tiene en cuenta los lazos de control internos de corriente yvoltaje de cada inversor ni la frecuencia de conmutación interna de los IGBT’s. Elomitir estos parámetros permite una mejor compresión del funcionamiento delsistema. Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 26
  • MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION !!! Estudio de Microgrids con interfases de convertidores de DC/AC 27