Browsing by Author "Perez Ibacache, Ricardo Rodrigo"
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Thesis DECENTRALIZED CONTROL OF MICROGRIDS(2018) Perez Ibacache, Ricardo Rodrigo; Departamento de ElectrónicaLa operación convencional de redes eléctricas esta cambiando debido a la creciente incorporación de recursos energéticos distribuidos (DERs) en redes de distribución, mayoritariamente generación renovable y almacenamiento en baterias mediante el uso de convertidores electrónicosde potencia. Bajo este nuevo escenario, las redes eléctricas de distribución estan requiriendo operarcomo entidades con propiedades emergente, auto-organizadas, este nuevo paradigma en redes de distribución es conocido como microredes. Las microredes deben ser capaces de conectar o desconectara una red principal o entre ellas, abastecer la demanda energética del usuario final, y proveer unacalidad de potencia adecuada, incrementando la eficiencia y confiabilidad del suministro eléctrico.Estos requerimientos deben ser logrados sin v´inculos de comunicaci´on, lo cual podr´ia comprometerla confiabilidad y resiliencia de la microred. La mayoría de los recursos energéticos a nivel de distribución se encuentran integrados con dispositivos basados en electrónica de potencia, permitiendoproveer alg´un grado de actuaci´on, y as´i de decisi´on e inteligencia decentralizada. Tales microredespueden ser considerados como sistemas multi agentes, donde los algoritmos de control que comandanel comportamiento de cada unidad DER, son responsables de satisfacer colectivamente todoslos requerimientos operacionales de la microred. Para este f´in, esta tesis propone un modelo deinteracci´on entre la unidad DER y la microred, una estrategia de control y un procedimiento dediseño para estas unidades, las cuales podr´ian operar en regimen de estado estacionario y transientepara lograr un desempe˜no deseado. En particular, este trabajo esta interesado en la respuesta dela microred ante un incidente, la inesperada conexi´on o desconexi´on entre la microred y la redprincipal. Estos modos de operaci´on, isla y conectado a red, tienen objetivos decontrol opuestos en estado estacionario. En modo isla las unidades DER regulan la amplitud y la frecuencia de latensi´on de la microred, mientras que en modo conectado a red las unidades DER deben seguir unareferencia de potencia. Adem´as, la transici´on din´amica entre tales objetivos de control es tambi´ende inter´es, la estabilidad transitoria de la microred podr´ia ser comprometida durante tal eventosi el control no es conceptualizado para operar de manera apropiada durante esta perturbaci´on.Consecuentemente, esta tesis tiene como objetivo elaborar una ley de control unificada, que cumplacon regulaci´on de amplitud y frecuencia de la tensi´on de la microred en modo de operaci´on isla, yque adem´as otorge seguimiento de corriente en modo de operaci´on conectada. Como los objetivosde control dependen del modo de operaci´on, una adecuada saturaci´on en la variable de entradaes propuesta. Tal satuaci´on de la ley de control debe preservar el efecto de realimentaci´on enla microred y evitar discontinuidades en el lazo cerrado de control, otorgando estabilidad y unatransici´on suave bajo cambios en el modo de operaci´on, y bajo otras posibles perturbaciones.La propuesta para el diseño del lazo cerrado esta basada en las soluciones a los problemasde estimaci´on y regulaci´on lineal cuadr´atico, otorgando una trayectoria temporal ´optima del vectorde variables de estado. Tal dise˜no puede ser interpretado y usado en el dominio de la frecuenciapara proveer informaci´on a cerca de la respuesta en frecuencia del lazo cerrado. Adicionalmente,la regulaci´on de amplitud y frecuencia de la tensi´on es tambi´en considerada en el procedimientode dise˜no. Vinculando de manera efectiva la teor´ia de control lineal ´optima con los esquemasbasados en droop proveniente desde el control cl´asico de los sistemas de potencia en aplicaciones amicroredes.La efectividad de la estrategia de control y dise˜no es demostrada a trav´es de estudios basadosen simulaciones en el dominio del tiempo en el software PSCAD/EMTDC. As´i tambi´en, la ley decontrol propuesta es implementada en un prototipo experimental de 5 kW con una unidad DER.Ambos resultados, basados en simulaciones y experimentos, confirman la principal hipotesis deeste trabajo, especificamente que existe una ley de control que es capaz de estabilizar la microredbajo cualquier regimen de operaci´on. La consecuencia de este trabajo es inmediata, las unidadesDER pueden ser controladas para operar directamente conectadas a una red de distribuci´on en ambos modos de operaci´on, incluyendo transiciones, incrementando la resiliencia y confiabilidad dela microred.
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