El presente trabajo ha sido desarrollado con la finalidad de la obtención del título de Doctor en Electrónica por la Universidad Politécnica de Valencia. Este documento reporta el diseño y la construcción de un convertidor electrónico destinado a operar en el entorno de las microrredes con energía fotovoltaica. Las microrredes cada vez están tomando más importancia y su implementación a gran escala está más cercana. Por este motivo resulta interesante trabajar en la obtención de equipos destinados a mejorar las capacidades de las microrredes. Las Microrredes son agrupaciones de recursos de generación, almacenamiento, distribución eléctrica y cargas gestionadas desde la propia instalación, que pueden funcionar tanto conectados a la red eléctrica como aislados de la misma. El quipo desarrollado es capaz de operar tanto con la microrred conectada a la red principal como con la microrred aislada. El cambio entre ambos estados se realiza mediante transiciones suaves que no afectan a las cargas. El equipo emplea diferentes controles para los diferentes estados. El equipo presenta igualmente la posibilidad de trabajar en paralelo con otros equipos sin necesidad de comunicaciones entre ellos. El sistema dispone de un sistema de almacenamiento de energía en baterías que permite mejorar el servicio cuando la microrred se encuentra aislada. El almacenamiento de energía se realiza en corriente continua mediante un convertidor DC/DC conectado al bus de continua en paralelo con el inversor. El sistema de almacenamiento de energía permite energizar las cargas a pesar de que la energía requerida por estas sea mayor que la entregada por los paneles fotovoltaicos. En el caso en el que la generación es mayor que la carga, el exceso de energía puede ser almacenado en las baterías. El documento presenta tanto el diseño como los resultados obtenidos en simulación y experimentales del equipo trabajando en diferentes situaciones. Los resultados obtenidos confirman el buen funcionamie / Velasco De La Fuente, D. (2012). Reconfiguración de controladores para inversores fotovoltaicos con almacenamiento de energía en DC operando como generadores autónomos en una microrred [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16183

Distributed generation of electric energy has become part of the current electric power system. In this context a new scenario is arising in which small energy sources make up a new supply system: The microgrid.The most recent research projects show the technical difficulty of controlling the operation of microgrids, because they are complex systems in which several subsystems interact: energy sources, power electronic converters, energy storage systems, local, linear and non-linear loads and of course, the main grid. In next years, the electric grid will evolve from the current very centralized model toward a more distributed one. At the present time the generation, consumption and storage points are very far away one from each other. Under these circumstances, relatively frequent failures of the electric supply and important losses take place in the transport and distribution of energy, so that it can be stated that the efficiency of the supply system is low.In another context, electric companies are aiming at an electric grid, formed in a certain proportion by distributed generators, where the consumption points are near the generation points, avoiding high losses in the transmission lines and reducing the rate of shortcomings. Summing up, it is pursued the generation of small quantities of electric power by the users (this concept is called microgeneration in the origin), considering them not only as electric power consumers but also as responsible for the generation, becoming this way an integral part of the grid.In this context it is necessary to develop a new concept of flexible grid, i.e., with reconfiguration capability for operation with or without connection to the mains. The future microgrids should incorporate supervision and control systems that allow the efficient management of various kinds of energy generators, such as photovoltaic panels, energy storage systems, and local loads. Hence, we are dealing with intelligent flexible Microgrids capable of import and export power from/to the grid reconfiguring its operation modes and making decisions in real time.The researching lineas that have been introduced in this thesis are focused on the innovation in this kind of systems, the integration of several renewable energy sources, the quality of the power supply, security issues, and the system behavior during faults.In order to carry out some solutions related within these characteristics, the main goal of this thesis is the application on new control stretegies and a power management analysis of a microgrid. Thus, thanks to the emerging of renewable energy, is possible to give an alternative to the decoupling of generation units connected to the utility grid.Likewise, a work methodology has been analyzed and developed based on the modeling, control parameters design, and power management control starting from a single voltage source inverter to a number of interconnected DG units forming flexible Microgrids. In addition, all the mencioned topics have been studied giving new system performances, viability and safe functioning, thanks to the small-signal analysis and introducing control loop design algorithms, improving the import/export of electric power and operating both grid connected mode and an island.This thesis has presented an analysis, simulation and experimental results focusing on modeling, control, and analysis of DG units, giving contributions according to the following steps:- Control-oriented modeling based on active and reactive power analysis- Control synthesis based on enhanced droop control technique.- Small-signal stability study to give guidelines for properly adjusting the control system parameters according to the desired dynamic responseThis methodology has been extended to microgrids by using hierarchical control applied to droop-controlled line interactive UPSs showing that:- Droop-controlled inverters can be used in islanded microgrids.- By using multilevel control systems the microgrid can operate in both grid-connected and islanded mode, in a concept called flexible microgrid.The proposed hierarchical control required for flexible Microgrids consisted of different control levels, as following:- Primary control is based on the droop method allowing the connection of different AC sources without any intercommunication.- Secondary control avoids the voltage and frequency deviation produced by the primary control. Only low bandwidth communications are needed to perform this control level. A synchronization loop can be added in this level to transfer from islanding to grid connected modes.- Tertiary control allows the import/export of active and reactive power to the grid.

Submitted by Amanda Freitas (amanda.freitas@ufpe.br) on 2015-04-17T13:21:45Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Emerson Sarmanho Siqueira.pdf: 6786686 bytes, checksum: 0b0c69428f0626b5d755c767c7b2de51 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-17T13:21:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Emerson Sarmanho Siqueira.pdf: 6786686 bytes, checksum: 0b0c69428f0626b5d755c767c7b2de51 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-08-28

Orientador: André Nunes de Souza / Resumo: A crescente demanda por energia elétrica, combinada com questões ambientais e financeiras, vem promovendo a integração de unidades geradoras distribuídas nas redes de distribuição. Essa configuração topológica, construída próxima aos consumidores, consiste em um conceito chamado de microgrid, desenvolvido nos últimos anos. Esse modelo é caracterizado por um conjunto de pequenas unidades geradoras, cargas e dispositivos de armazenamento de energia, capazes de operar em modo paralelo ou isolado, em relação à rede existente. Vários estudos apontam que as microrredes influenciam o planejamento, operação e manutenção da rede de distribuição elétrica, principalmente porque as microrredes funcionam em um fluxo de energia bidirecional em vez do modo unidirecional convencional. Essa topologia de rede pode influenciar significativamente o perfil de tensão, estabilidade, qualidade de energia e comportamento de proteção do sistema elétrico. Em relação ao esquema de proteção, esses sistemas podem interferir na coordenação e seletividade dos equipamentos que constituem a rede. Nesse sentido, o objetivo desta dissertação é analisar o impacto da contribuição da corrente de curto-circuito das conexões de microrrede no sistema de proteção de sobrecorrente nas redes de distribuição convencionais. A análise é desenvolvida modelando uma rede de distribuição IEEE de 34 barras. O software OpenDss é usado em conjunto com um aplicativo Python desenvolvido para avaliar os impactos na coordenação e sel... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The growing demand for electricity, combined with environmental and financial issues, fostered the integration of distributed generating units into distribution networks. This topological configuration, build up nearby the consumers, consist of a concept called microgrid, which has been developed in recent years. This model is characterized by a set of small generating units, loads and energy store devices, capable of operating in a parallel or isolated mode, concerning the existing network. Several studies point out that the microgrids influence the planning, operation, and maintenance of the electrical distribution network, mainly because of microgrids woks with a bidirectional power flow rather than the conventional unidirectional mode. This network topology can significantly influence the voltage profile, stability, power quality, and electrical system protection behavior. Regarding the protection scheme, these systems can interfere with the coordination and selectivity of the equipment that constitutes the network. In this sense, the purpose of this dissertation is to analyze the impact of the short circuit current contribution from the micro-network connections in the overcurrent protection system in the conventional distribution networks. The analysis is developed by modeling an IEEE 34-bar distribution network. The OpenDss software is used in conjunction with a developed Python application to assess the impacts on coordination and selectivity of the overcurrent protec... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-19T19:49:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Tiago Domingos Cardoso.pdf: 4558646 bytes, checksum: 1f759df323f4aac7678357449e3aed51 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-20T22:13:01Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Tiago Domingos Cardoso.pdf: 4558646 bytes, checksum: 1f759df323f4aac7678357449e3aed51 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-20T22:13:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Tiago Domingos Cardoso.pdf: 4558646 bytes, checksum: 1f759df323f4aac7678357449e3aed51 (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 / FACEPE / Uma microrrede é basicamente um agrupamento de unidades de geração distribuída e cargas que estão conectados à rede elétrica principal em um único ponto, denominado PCC (Point of Commom Coupling — Ponto de Acoplamento Comum). Este tipo de estrutura pode operar em dois modos, conectada à rede elétrica, quando a mesma estiver disponível, ou ilhada, quando a rede apresenta problemas. O presente trabalho aborda o desenvolvimento e implementação de um protótipo para avaliação de estratégias de controle para paralelismo de conversores em microrredes monofásicas. O controle por inclinação e seus fundamentos teóricos são apresentados, e aspectos práticos de sua implementação no controle dos conversores são discutidos. Esta técnica de controle é a mais difundida na literatura para paralelismo de conversores e se mostra interessante para sua aplicação em microrredes devido a não necessitar de comunicação entre os inversores que a compõem. Um estudo comparativo dos métodos usados para cálculo da potência em sistemas monofásicos aplicados no controle por inclinação é realizado, e fica claro que o uso do Calculador de Potência Média Equivalente (CPME) se mostra um método mais eficaz do que o método clássico, pois as componentes de frequência dupla são eliminadas em regime permanente e o tempo de convergência do cálculo é acelerado. / A microgrid is basically a grouping of distributed generation units and loads that are connected to the main grid at a single point, called PCC (Point of Common Coupling). This type of structure can operate in two modes, connected to the electrical grid, when it is available, or isolated, when the grid has problems. This work presents the development and implementation of a prototype for the evaluation of control strategies for parallelism of power converters in single-phase microgrids. The droop control and its theoretical bases are presented and practical aspects of control implementation are discussed. This control technique is the most widespread in the parallelism of converters literature and shows interesting for its application in microgrids because it's not necessary communication between the inverters that compose it. A comparative study of the methods used to calculate average power in single-phase systems applied in droop control is performed, and it is clear that the use of the Enhaced Average Power Calculator (EAPC) shows a more effective method than the classical method, because the double-frequency componentes are eliminated in steady state and the convergence time of the calculation is accelerated.

[EN] Multilevel inverters are being used in high-power applications, but the use of those topologies in small-power photovoltaic power plants presents some advantages. In this Thesis it is proposed a transformerless grid-connected single-phase photovoltaic inverter topology, called NPC+GCC, based on a multilevel topology. The characteristics of the NPC+GCC are of great interest for grid-connected transformerless inverters. It is demonstrated that that topology generates a very low capacitive leakage current, which is well below the limits stablished by the DIN VDE 0123-1-1 norm. The NPC+GCC topology permits the connection of a pair of photovoltaic sources on its input, getting the maximum power of both sources simultaneously. The efficiency of the power electronic converter is very high, since cascaded power stages are not used. This feature is of great interest in photovoltaic generation in urban areas because of the partial shadowing of the photovoltaic modules. Partial shadowing significantly deteriorates the energy harvesting. The double maximum power point tracking of the NPC+GCC reduces the effects of partial shadowing. Moreover, the inverter has been designed for working in distributed generation microgrids, an upcoming scenario. The main features of the inverter, transformerless and with a double maximum power point tracking, are especially relevant for power generation in the context of microgrids. The design has been validated by means of the construction and experimental study of an NPC+GCC converter with a nominal power of 5kW. / [ES] Los inversores multinivel se utilizan de forma habitual en aplicaciones de gran potencia, pero la aplicación de las topologías multinivel en la generación fotovoltaica de pequeña potencia presenta algunas ventajas de interés. Se propone una topología de inversor fotovoltaico monofásico de inyección a red sin transformador, basada en las topologías multinivel, llamada NPC+GCC. Esta topología presenta características de gran interés para su uso como inversor sin transformador directamente conectado a la red eléctrica. Se estudia su tensión de modo común, y cómo esta genera una corriente de derivación capacitiva que se mantiene muy por debajo de los límites permitidos por la normativa. La topología NPC+GCC permite la conexión de dos generadores fotovoltaicos en su entrada, sobre los que efectuará una búsqueda del punto de máxima potencia de manera totalmente independiente y con un elevado rendimiento y fiabilidad, ya que no utiliza convertidores conectados en cascada para realizar esta función. Esta característica es de especial interés para la generación fotovoltaica en entornos urbanos, pues frecuentemente aparecen sombreados parciales sobre los módulos fotovoltaicos, que pueden deteriorar significativamente el aprovechamiento energético. El doble seguimiento del punto de máxima potencia permite reducir la influencia del sombreado parcial. Además, el inversor está diseñado para funcionar en microrredes de generación distribuida, adaptando así la generación fotovoltaica al nuevo escenario que está naciendo en la actualidad. Las principales características del inversor (sin transformador y con doble seguimiento del punto de máxima potencia) son de especial relevancia para la generación en el entorno de microrredes. El diseño se ha validado mediante la construcción y experimentación de un convertidor NPC+GCC de potencia nominal 5kW. / [CA] Els inversors multinivell s'utilitzen de forma habitual en aplicacions de gran potència, però l'aplicació de les topologies multinivell en la generació fotovoltaica de petita potència presenta alguns avantatges d'interès. Proposem una topologia d'inversor fotovoltaic monofàsic d'injecció a xarxa sense transformador, basada en topologies multinivell, anomenada NPC+GCC. Aquesta topologia presenta característiques de gran interès per l'ús com a inversor sense transformador directament connectat a la xarxa elèctrica. N'estudiem la tensió de mode comú, i com aquesta genera un corrent de derivació capacitiu que es manté molt per davall dels límits permesos per la normativa. La topologia NPC+GCC permet la connexió de dos generadors fotovoltaics en l'entrada, sobre els quals efectuarà una cerca del punt de màxima potència de manera totalment independent i amb una elevada eficiència i fiabilitat, ja que no usa convertidors connectats en sèrie per a dur a terme aquesta funció. Aquesta característica és d'interès especial per a la generació fotovoltaica en entorns urbans, ja que freqüentment apareixen ombrejats parcials als mòduls fotovoltaics, que poden deteriorar significativament l'aprofitament energètic. El doble seguiment del punt de màxima potència permet reduir la influència de l'ombrejat parcial. A més, l'inversor està dissenyat per a funcionar en microxarxes de generació distribuïda, i així la generació fotovoltaica s'adapta al nou escenari que està naixent en l'actualitat. Les principals característiques de l'inversor (sense transformador i amb doble seguiment del punt de màxima potència) són d'especial rellevància per a la generació en l'entorn de microxarxes. El disseny ha sigut validat per mitjà de la construcció i l'experimentació d'un convertidor NPC+GCC de potència nominal 5kW. / Patrao Herrero, I. (2015). Concepción e integración en microrredes residenciales de inversores multinivel sin transformador de aislamiento con extracción simultánea de la máxima potencia de múltiples generadores fotovoltaicos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52023

Tesis por compendio / [ES] Las microrredes inteligentes se presentan como una solución para integrar las energías renovables así como para mejorar la eficiencia de la red por medio de la incorporación de las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC). Sin embargo, la alta penetración de los recursos energéticos distribuidos (RED) en las microrredes, requiere una serie de cambios técnicos en los sistemas de comunicación caracterizados tradicionalmente por esquemas centralizados, donde un controlador central se comunica con todos los recursos energéticos distribuidos y toma decisiones, hacia esquemas descentralizados donde cada recurso energético distribuido tiene capacidad de comunicación y decisión de forma local. En este sentido, el objetivo global de las estrategias de comunicación descentralizadas es dotar al sistema energético de una mayor escalabilidad, fiabilidad, robustez, y flexibilidad que la que presentan los sistemas centralizados. Además, las microrredes con esquemas descentralizados presentan una gran oportunidad para el advenimiento del futuro Internet de la Energía o Internet of Energy (IoE), ya que cada recurso energético distribuido desplegado en la microrred es susceptible de conectarse a la nube y enviar y recibir datos desde hacia la red en tiempo real, en cualquier momento y lugar. Uno de los puntos críticos derivados de la incorporación de las TIC en las microrredes de gestión distribuida es garantizar la conectividad entre los recursos energéticos al tiempo que se satisfacen los requisitos técnicos de estos sistemas energéticos. Los distintos estándares y normas establecidas para el despliegue de microrredes destacan la necesidad de cumplir con algunos parámetros de calidad de servicio (Quality of Service, QoS) como ancho de banda, latencias, throughput (rendimiento), entre otros, ya que un ancho de banda bajo puede dar lugar a cuellos de botella, pérdida de paquetes de datos y distorsión. Por otra parte, si la comunicación no presenta una tasa positiva de promedio de éxito o sufre retardos y/o supera el tiempo requerido, la información no cumple su cometido y, en el peor de los casos, daños eléctricos se pueden producir en la microrred. En la presente tesis se presenta el diseño, desarrollo e implementación de infraestructuras de comunicación distribuidas para la gestión, monitorización y control de microrredes que permitan administrar la potencia y energía eficientemente mediante comunicaciones síncronas y asíncronas. Además, este estudio describe las principales características de la Internet de la Energía, los principios en los que se basa, los elementos y tecnologías disponibles para lograr la comunicación entre los recursos distribuidos desplegados en la microrred y establece las principales diferencias de IoE con respecto a los sistemas tradicionales de monitoreo y gestión. Con toda esta información, se describe una propuesta de arquitectura de la Internet de la Energía aplicada a las microrredes y un prototipo de monitoreo y gestión. Se han realizado ensayos experimentales para validar los estudios y propuestas realizadas. Para ello se ha desplegado una red Ethernet en la microrred experimental del Grupo de Sistemas Electrónicos Industriales (GSEI) y se ha dotado a cada recurso energético distribuido de capacidades de comunicación e inteligencia a través del acoplamiento de sistemas de placa única BeagleBone Black donde poder instaurar el software desarrollado. Los resultados han evidenciado que las arquitecturas de comunicación distribuida propuestas permiten comunicaciones robustas, eficientes, escalables y flexibles en el ámbito de las microrredes a la vez que se cumplen con los requerimientos técnicos demandados por éstas. / [CA] Les micro-xarxes intel·ligents es presenten com una solució per integrar energies renovables així com per millorar l'eficiència de la xarxa mitjançant la incorporació de les Tecnologies de la Informació i la Comunicació (TIC). No obstant, l'alta penetració del recursos energètics distribuïts (RED) en les micro-xarxes requereix d'una sèrie de canvis tècnics en els sistemes de comunicació caracteritzats tradicionalment per esquemes centralitzats, el quals un controlador central es comunica amb tots el recursos energètics distribuïts i pren decisions, cap a esquemes descentralitzats on cada recurs energètic distribuït té capacitats de comunicació i decisió localment. En aquest sentit, l'objectiu global de les estratègies de comunicació descentralitzades es dotar al sistema energètic de major escalabilitat, fiabilitat, robustesa i flexibilitat que els que presenten els sistemes centralitzats. A més, les micro-xarxes amb esquemes descentralitzats presenten una gran oportunitat per l'adveniment de la futura internet de la energia, ja que cada recurs energètic distribuït desplegat en la micro-xarxa es susceptible de connectar-se al núvol i enviar i rebre dades cap a la xarxa en temps real, en qualsevol lloc i moment. Un dels punts crítics derivats de la incorporació de les TIC en les micro-xarxes de gestió distribuïda es garantir la connectivitat entre el recursos energètics distribuïts al temps que es satisfacen els requeriments tècnics de aquests sistemes energètics. Els diferents estàndards i normes establides per al desplegament de micro-xarxes destaquen la necessitat de complir amb alguns paràmetres de qualitat de servici com amplada de banda, latències i rendiment, entre d'altres, ja que una amplada de banda baixa resulta colls d'ampolla, pèrdues de paquets i distorsió. D'una altra banda, si la comunicació no presenta una taxa positiva de mitjana de èxit o sofreix retards o supera el temps requerit, la informació no acompleix la seua comesa i en el pitjor dels casos, danys elèctrics poden ocórrer en la micro-xarxa. En la present tesi se presenta el disseny, desenvolupament i implementació d'infraestructures de comunicació distribuïdes per la gestió, monitorització i control de micro-xarxes que permeten administrar la potencia i energia eficientment mitjançant comunicacions síncrones i asíncrones. A més, aquest estudi es descriu les principals característiques de la internet de la energia, els principis en els quals es basa, elements i tecnologies disponibles per acomplir la comunicació entre els recursos energètics distribuïts desplegats en la micro-xarxa i estableix les principals diferencies de la internet de la energia respecte del sistemes tradicionals de monitorització i gestió. Amb aquesta informació, es descriu una proposta d'arquitectura de la internet de la energia aplicada a les micro-xarxes. S'han realitzat assajos experimentals per validar els estudis i les propostes realitzades. Per a això, s'ha desplegat una xarxa d' ethernet en la micro-xarxa experimental del grup de sistemes industrials i s'ha dotat a cada recurs energètic distribuït de capacitats de comunicació i intel·ligència mitjançant l'acoblament de sistemes de placa única BeagleBone Black on s'ha instaurat el software desenvolupat. Els resultats han evidenciat que les arquitectures de comunicació distribuïdes proposades permeten comunicacions robustes, escalables i flexibles en l'àmbit de les micro-xarxes al temps que es acompleixen els requeriments tècnics demandats per estes. / [EN] Smart microgrids are presented as a solution to integrate renewable energies as well as to improve the efficiency of the network through the incorporation of Information and Communication Technologies (ICT). However, the high penetration of distributed energy resources (DER) in microgrids requires several technical improvements on communication systems that are traditionally characterized by centralized schemes, where a central controller communicates with all distributed energy resources and makes decisions, towards decentralized schemes where each distributed energy resource has communication and decision capacities locally. The main objective of decentralized communication strategies is provide to the energy system with better scalability, reliability, robustness, and flexibility that centralized systems do. Moreover, microgrids with decentralized schemes represent a great opportunity for the future Internet of Energy (IoE) due to each distributed energy resource could connect to the cloud and send and receive data in real time anywhere and anytime. One of the major issues about the ICT integration on microgrids is to guarantee the connectivity among DERs at the same time that technical requirements are met. Different microgrid standards give specifications for these requirements and highlight the need to accomplish with quality of service parameters like bandwidth, delays, throughput, among others. The communication infrastructure in the microgrid must satisfy these timing requirements, because a low bandwidth can lead to bottlenecks, loss of data packets and distortion. Besides, if the communication delay exceeds the required time, the information does not fulfill its purpose and, in the worst case, electric damage in the microgrid could happen. In this Ph.D. thesis the design, development and implementation of synchronous and asynchronous distributed communications infrastructures for the efficient microgrid monitoring and control are studied. In addition this study describe the main IoE characteristics, its foundation principles, available elements and technologies deployed into microgrid and the main differences between IoE and tradition systems are provided. Regarding these information, a proposal of architecture of the Internet of energy applied to the microgrid is described. Experimental tests have been carried out in order to validate the theoretical studies and proposals presented in this thesis. It has been deployed an Ethernet network in the experimental GSEI microgrid. In addition, communications and intelligent capacities have been added to each distributed energy resource through the BeagleBone Black single board computers where the developed software has been deployed. The results showed that the proposed distributed communications architectures allow robust, efficient, scalable and flexible communications in the microgrids field at the same time that quality of service requirements are accomplished. / Marzal Romeu, S. (2019). Concepción e integración de arquitecturas y protocolos de comunicación dentro de sistemas de supervisión y control de microrredes inteligentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124345 / Compendio

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-05-16T18:46:41Z No. of bitstreams: 1 HerculesAraujo.pdf: 4155547 bytes, checksum: a184b99018c0f978ec408861bdd090df (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T18:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HerculesAraujo.pdf: 4155547 bytes, checksum: a184b99018c0f978ec408861bdd090df (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / This work proposes a topology of isolated microgrids with hybrid network (part in DC and part in AC) of electric power distribution. This topology can serve as an alternative model to the conventional AC distribution network model for the electrical service of isolated communities. The topology consists of using a main system of DC power distribution and subsystems with an AC distribution. DC/AC converters are strategically distributed along the DC main network, forming AC subsystems, in order to serve a certain number of consumers with AC loads. Although there are loads that can be fed in DC, this is not a reality for household loads, which are basically AC powered. Thus, the interest of this work is to evaluate the possible advantages of this topology over the conventional microrredes with distribution network in low voltage in AC. In this contexto, the analysis parameters to be studied are: the increasing the extension of the distribution network without the need to use transformers, electric conductors with larger cross sections or distributed generation; the efficiency in the distribution of energy, evaluating the losses, and the reduction of implantation and operation costs. In order to compare the microgrid with hybrid distribution network, an isolated microgrid with purely CA distribution network was adopted as reference: the microgrid with solar-wind generation of Lençóis Island, located in the northeast of Brazil, which has been in operation since July 2008. / Este trabalho propõe uma topologia de microrredes isoladas com rede híbrida (parte em CC e parte em CA) de distribuição de energia elétrica. Essa topologia pode servir como modelo alternativo ao modelo convencional de rede de distribuição de energia totalmente em CA para o atendimento elétrico de comunidades isoladas. A topologia consiste em utilizar um sistema tronco de distribuição de energia em CC e de subsistemas com distribuição CA. Conversores CC/CA são distribuídos estrategicamente ao longo da rede tronco CC, formando subsistemas CA, com a finalidade de atender determinado número de consumidores com carga em CA. Apesar de existirem cargas que podem ser alimentadas em CC, essa não é uma realidade para as cargas de uso doméstico, que basicamente são alimentadas em CA. Assim, o interesse deste trabalho é avaliar as possíveis vantagens dessa topologia sobre as convencionais microrredes com rede de distribuição em baixa tensão em CA. Neste contexto, os parâmetros de análise a serem estudados são o aumento da extensão da rede de distribuição sem a necessidade de se utilizar transformadores, condutores elétricos com seções transversais maiores ou geração distribuída; a eficiência na distribuição de energia, avaliando as perdas, e a redução de custos de implantação e operação. Para se comparar a microrrede com rede de distribuição híbrida, adotouse como referência uma microrrede isolada com rede de distribuição somente CA: a microrrede com geração eólica-solar da Ilha de Lençóis está localizada no nordeste do Brasil, a qual está em operação desde julho de 2008.

Tesis por compendio / [ES] Las fuentes de energía renovable (ER) permiten una alta disgregación, por lo que hacen posible generar la energía que se utilizará en el mismo sitio de su aprovechamiento. Esto favorece un cambio en la estructura de las redes eléctricas, permitiendo pasar de un esquema de generación centralizado a un esquema distribuido. Sin embargo, las fuentes de ER son altamente dependientes de las condiciones medioambientales como la radiación solar, la nubosidad, el viento, entre otros, por lo que lograr un sistema de generación basado en energías renovables es un reto en la actualidad. Los sistemas de generación que integran fuentes renovables tienen que ser capaces de establecer estrategias de control y gestión de la energía que para hacer un uso eficiente de ella e intentar cubrir la demanda de energía de forma óptima al combinar más de un tipo de fuente y sistema de almacenamiento, siendo posible operar de manera aislada o conectada a la red eléctrica. En la actualidad es de interés el estudio, desarrollo e implementación de sistemas gestores de la energía (SGE) para microrredes eléctricas híbridas, que permitan aumentar su eficiencia, fiabilidad, y disminuir los costes de instalación, operación y mantenimiento. Diversos estudios de investigación han probado múltiples estrategias, desde SGE basados en reglas, algoritmos comparativos, controladores clásicos, y en años recientes, la integración de algoritmos de optimización bio-inspirados e inteligencia artificial. Estos algoritmos han mostrado ser una alternativa interesante a las técnicas clásicas para la solución de problemas de optimización y control en diversos problemas de ingeniería, su aplicación en el ámbito de las microrredes sigue en estudio y en ello se basa este trabajo de investigación. Los algoritmos bio-inspirados se fundamentan en imitar matemáticamente los mecanismos y estrategias que la naturaleza ha implementado a lo largo de millones de años para lograr un equilibrio en su funcionamiento, por ejemplo, imitando el cómo las aves vuelan en parvada buscando alimento, o como las hormigas y los lobos siguen patrones para la búsqueda de su alimento, o como las especies llevan a cabo mecanismos de cruce con el objetivo de mejorar su raza haciéndolas una especie optimizada y mejorando su supervivencia. Por tanto, se puede hacer una analogía con los sistemas artificiales para la mejora de controladores y diseño de sistemas en microrredes eléctricas. En este trabajo de investigación se muestra el modelo y desarrollo de un sistema de gestión óptima para una microrred empleando algoritmos bio-inspirados con el objetivo de mejorar su desempeño, partiendo desde el control primario, con la mejora de los convertidores de potencia, hasta el control terciario con las transacciones energéticas de la microrred. Se exploran diversos algoritmos, evaluando su desempeño. Los resultados para las diferentes etapas de esta investigación se encuentran plasmados en cuatro diferentes publicaciones científicas que se detallan en el Capítulo 2 del presente documento, donde se explica la metodología y los principales resultados y hallazgos para cada una de ellas. / [CA] Les fonts d'energia renovables (ER) permeten una alta desagregació, pel que fan possible generar l'energia que s'utilitzarà en el mateix lloc del seu aprofitament. Això afavoreix un canvi en l'estructura de les xarxes elèctriques, permetent passar d'un esquema de generació centralitzat a un esquema distribuït. No obstant, les fonts d'ER són altament dependents de les condicions mediambientals com la radiació solar, la nuvolositat, el vent, entre altres; pel que aconseguir un sistema de generació basat en energies renovables és un repte. Els sistemes de generació que integren energies renovables han de ser capaços de: establir estratègies de control i gestió de l'energia que es genera per fer un ús eficient d'ella i intentar cobrir la demanda d'energia de la millor manera possible al combinar més d'un tipus de font d'energia, i sistemes d'emmagatzemament. Aquest esquema es coneix com a microxarxa elèctrica, la qual és capaç d'operar de manera aïllada de la xarxa elèctrica principal, o de manera interconnectada. Actualment s'està interessant en l'estudi, desenvolupament i implementació de sistemes gestors de l'energia (SGE) per a microxarxes elèctriques híbrides, que permeten augmentar la seua eficiència, fiabilitat i reduir els costos de la seua instal·lació i d'operació i manteniment. S'han provat múltiples estratègies, des de SGE basats en regles, algorismes comparatius, controladors clàssics i, en anys recents, la integració d'algorismes d'optimització bio-inspirats i intel·ligència artificial. Aquests algorismes han demostrat ser una alternativa interessant a les tècniques clàssiques per a la solució de problemes d'optimització i control en diversos problemes d'enginyeria, la seua aplicació en l'àmbit de les microxarxes continua en estudi. Els algorismes bio-inspirats es basen en imitar matemàticament els mecanismes i estratègies que la Natura ha implementat al llarg de milions d'anys per aconseguir equilibri en el seu funcionament, per exemple, imitant com les aus volen en ramat buscant menjar, o com les formigues i els llops segueixen patrons per a la recerca del seu menjar, o com les espècies porten a terme mecanismes de creuament amb mira a millorar la seua raça fent-les una espècie més apta per a la supervivència;, el qual es pot fer una analogia a sistemes artificials per a la millora de controladors i disseny de sistemes en microxarxes elèctriques. En aquest treball de recerca es mostra el model i desenvolupament d'un sistema de gestió òptima per a una microxarxa emprant algorismes bio-inspirats amb l'objectiu de millorar el seu rendiment, partint des del control primari, amb la millora dels convertidors de potència, fins al control terciari amb les transaccions energètiques de la microxarxa. S'exploren diversos algorismes, avaluant el seu rendiment. Els resultats per a les diferents etapes d'aquesta recerca es troben plasmats en quatre diferents publicacions científiques que es detallen al Capítol 2 del present document, on s'explica la metodologia i els principals resultats i troballes per a cada una d'elles. / [EN] Renewable energy sources (RES) allow for high disaggregation, making it possible to generate energy at the site of its use. This favors a change in the structure of electrical grids, allowing for a transition from a centralized generation scheme to a distributed scheme. However, RES are highly dependent on environmental conditions such as solar radiation, cloudiness, wind, among others, making the creation of a renewable energy generation system a challenge. Generation systems that integrate renewable energies must be able to establish control and energy management strategies to make efficient use of the energy generated and try to meet the energy demand in the best possible way by combining more than one type of energy source and storage systems. This scheme is known as a microgrid, which is capable of operating independently from the main electrical grid or interconnecting with it. Currently, the study, development, and implementation of energy management systems (EMS) for hybrid microgrids are of interest in order to increase their efficiency, reliability, and reduce installation, operation, and maintenance costs. Multiple strategies have been tested, including rule-based EMS, comparative algorithms, classical controllers, and in recent years, the integration of bio-inspired optimization algorithms and artificial intelligence. These algorithms have shown to be an interesting alternative to classical techniques for solving optimization and control problems in various engineering problems, although their application in the field of microgrids is still under study. Bio-inspired algorithms are based on mathematically imitating the mechanisms and strategies that Nature has implemented over millions of years to achieve balance in its operation, for example, by imitating how birds fly in flocks in search of food, or how ants and wolves follow patterns to search for food, or how species carry out crossing mechanisms in order to improve their breed and make them more suitable for survival; in other words, they are based on how Nature optimizes its resources to prosper. Therefore, an analogy can be made with artificial systems for improving controllers and designing systems in microgrids. In this research work, the model and development of an optimal management system for a microgrid using bio-inspired algorithms is presented with the aim of improving its performance, starting from primary control, with the improvement of power converters, to tertiary control with the energy transactions of the microgrid. Various algorithms are explored, evaluating their performance. The results for the different stages of this research are reflected in four different scientific publications that are detailed in Chapter 2 of this document, where the methodology and main results and findings for each of them are explained. / The authors wish to acknowledge the National Council of Science and Technology of Mexico (CONACYT) for funding this work through the Ph.D. scholarship number 486670. The authors would also thank the Institute of Energy Engineering of the Polytechnic University of Valencia, Spain, and the Department of Water and Energy Studies of the University of Guadalajara, Mexico, for all their support and collaboration. This study has also been supported by Food and Agriculture Organization of the United Nations through the project “Design of a Hybrid Renewable Microgrid System”. / Águila León, J. (2023). Modelo y desarrollo de un sistema de gestión óptima para una microrred empleando algoritmos bio-inspirados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196747 / Compendio

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-07-19T17:30:37Z No. of bitstreams: 1 PedroLeiteNeto.pdf: 15729023 bytes, checksum: 58efe211075c14c50cf9c297aa235d4f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-19T17:30:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PedroLeiteNeto.pdf: 15729023 bytes, checksum: 58efe211075c14c50cf9c297aa235d4f (MD5) Previous issue date: 2017-06-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The development of microgrids was driven by the need to supply consumers with more stable and reliable electricity. The intermittent nature of renewable sources differs from the requirements of consumers - especially in isolated areas - who expect an uninterrupted and quality energy supply. Isolated microstrips may have available one or more renewable sources to be explored, configuring hybrid systems. Although such renewable sources are inexhaustible, energy conversion systems are capacity limited and need to be explored efficiently. Hybrid systems typically include solar photovoltaic and wind, already well studied. In this thesis are introduced the oceanic energies in their gradient and tidal currents forms. This thesis contributes to the efficient exploration of the oceanic sources, both as a single source as well as in a hybrid configuration. In relation to the isolated operation, the storage system is of fundamental importance. Considering the high costs of a battery bank over the total cost of the system, operating strategies that preserve its useful life while maintaining uninterrupted power supply are mandatory. Considering these aspects, in this work is proposed a dual energy storage system composed of two subsystems with diversified functions and submitted to different chage/discharge conditions. The purpose of this new strategy is a more efficient use of the storage system, since this operating regime becomes closer to the recommended by the battery manufacturers. The benefits of this strategy are reflected in the overall cost reduction of the microgrid. In order to achieve optimum operating strategies, a more accurate mathematical model of the batteries is used to reproduce the behavior of the batteries in a more realistic way. In addition, it is investigated the performance of operating strategies that allow maximum benefits to be obtained through the diversification of the microgrid energy matrix, by including hydrokinetic tidal sources. The motivation for including this source lies in its high potential, especially on the northern coast of Brazil. These benefits should be evaluated mainly through the more efficient use of the storage system as well as the reduction of the participation of fossil fuel units in the operation of isolated microgrids. / O desenvolvimento das microrredes foi impulsionado pela necessidade de suprir os consumidores com eletricidade de forma mais estável e confiável. A natureza intermitente das fontes renováveis se contrapõe às exigências dos consumidores - especialmente em áreas isoladas - que esperam por um fornecimento de energia sem interrupções e com qualidade. As microrredes isoladas podem ter disponíveis uma ou mais fontes renováveis para serem exploradas, configurando sistemas híbridos. Embora tais fontes renováveis sejam inesgotáveis, os sistemas de conversão de energia são limitados em capacidade e devem ser explorados com eficiência. Sistemas híbridos normalmente incluem energia solar fotovoltaica e eólica, já bastante estudadas. Nesta tese são introduzidas as energias oceânicas nas suas formas de gradiente e de correntes de marés. Esta tese contribui para a exploração eficiente de fontes oceânicas, tanto na operação como fonte única assim como em configuração híbrida. No que tange a operação isolada, o sistema de armazenamento tem importância fundamental. Considerando os elevados custos de um banco de baterias sobre o custo total do sistema, estratégias de operação que preservem sua vida útil, ao mesmo tempo que mantenham o fornecimento ininterrupto de energia, são mandatórias. Diante destes aspectos, neste trabalho é proposto um sistema dual de armazenamento de energia composto de dois subsistemas com funções diversificadas e submetidos a condições de carga/descarga diferentes. O objetivo desta nova estratégia consiste no uso mais eficiente do sistema de armazenamento, uma vez que esse regime de operação se torna mais próximo daquele recomendado pelos fabricantes de baterias. Os benefícios desta estratégia são refletidos na redução dos custos globais da microrrede. Para conseguir as estratégias de operação ótima, neste trabalho é utilizado um modelo matemático mais acurado das baterias a fim de reproduzir de forma mais realista o comportamento das baterias. Além disso, é investigado o desempenho de estratégias de operação que permitam obter o máximo de benefícios decorrentes da diversificação da matriz energética da microrrede, através da inclusão de fontes hidrocinéticas maremotrizes. A motivação para a inclusão desta fonte está no seu elevado potencial, em especial no litoral norte do Brasil. Estes benefícios devem ser avaliados especialmente quanto ao uso mais eficiente do sistema de armazenamento, assim como a redução da necessidade de participação de unidades baseadas em combustível fóssil na operação de microrredes isoladas.