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En este trabajo se presenta un sistema de gestión de energía para Edificios Inteligentes (EI) utilizando Generación Distribuida (GD). La propuesta permite reducir el consumo excesivo de energía que tienen los sistemas de iluminación, climatización y computación en el campus del edificio administrativo de la Universidad PUCESE. Se utiliza un sistema de control basado en el microcomputador raspberry, el cual permite establecer las condiciones de trabajo de manera autónoma. El sistema define un algoritmo de control basado en diferentes escenarios donde se determinan las reglas de energía para cada uno de los servicios del edificio. Como resultado, se reduce el consumo energético en un 50 % para cada uno de los sistemas, evidenciando una reducción en el pliego tarifario, y en la huella ecológica del edificio.

En los últimos años, la penetración de generación renovable se ha incrementado significativamente, mejorando la confiabilidad de los sistemas eléctricos y mitigando el impacto ambiental. Esta penetración ha potenciado el uso de microrredes, motivando el estudio a profundidad del desempeño de estos sistemas. No obstante, la cantidad y diversidad de información existente hace dispendioso identificar y comprender de manera integral los aspectos técnicos y las métricas específicas para evaluar el desempeño de las microrredes. Este documento presenta una revisión de estudios sobre el análisis de desempeño de una microrred y facilita identificar qué y cómo realizarlo. La revisión comprende dos etapas. Primero, la identificación de artículos en bases de datos como IEEE Xplore, Scopus y SpringerLink relacionados con el análisis del desempeño de microrredes; y segundo, la definición de capacidades y clasificación de métricas en éstas. En total, se establecieron ocho capacidades, a saber: generación, resiliencia, mantenimiento, comunicación, reconfiguración, operación, control y protección. Asimismo, la revisión permitió la identificación de 87 indicadores. Este acopio de información facilitaría el diseño de planes de evaluación del desempeño de microrredes.

Microgrids are local electric grids integrating distributed generation and consumption, energy storage and management and power control. They can be an alternative for the energy supply of a house, a building, a small village or a wider region. Small-scale hydropower, in the range of 5 kW, consists of distributed generation systems gaining increasing interest. These so-called pico-hydro systems are becoming popular since they can take advantage of the integration of low-power wind generators and photovoltaic (PV) inverters, which are widely available at competitive prices. Thus, pico-hydro systems are not only relevant for energy generation in off-grid systems in remote areas but also for new contexts where the utility grid is available. This paper presents the design of a smart microgrid with small-scale hydro generation. It is a practical case study with the integration of two grid-connected pico-hydro turbines: a low-head propeller turbine and a water wheel. The microgrid was designed and implemented in a small museum: Casa da Seda (House of Silk). The energy generation is based on the complementarity between hydro and PV. The microgrid can operate in both grid-connected and islanded modes and feeds the House of Silk loads. The connection of both pico-hydro turbines into the microgrid is based on the integration of wind generators and PV inverters. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

En este trabajo se aborda el problema de control de Microrredes de potencia desde la perspectiva del Control Basado en Pasividad. Se presenta un esquema de control interno básico por medio del cual se garantiza que las variables asociadas a los convertidores de potencia tienden a valores de referencia pre-establecidos por un segundo esquema de control, el cual es responsable de un despacho de potencia adecuado. De manera especí­fica, se presentan tres alternativas de diseño para este segundo tipo de control. Los resultados presentados son una compilación de propuestas hechas bajo el enfoque de pasividad y explotan la propiedad fundamental de que las redes estudiadas exhiben una estructura de sistema Hamiltoniano Controlado por Puerto. En contraste con resultados frecuentemente utilizados en la literatura, para las contribuciones presentadas se incluye la prueba formal (matemática) de sus propiedades de estabilidad. Adicionalmente, se muestra como la estructura de los esquemas propuestos satisfacen todos los requisitos impuestos para obtener una implementación práctica atractiva.

Durante las últimas décadas, las líneas de investigación relacionadas con la producción distribuida y la gestión energética han dado lugar a la introducción de términos nuevos que aluden a sistemas de producción continuos y su diseño óptimo, planificación, control o modelado. Aunque algunos de estos se han originado en el campo del análisis y operación de la red eléctrica, y su posterior extensión a otras fuentes de energía, todos comparten algunos rasgos comunes que permiten su análisis desde una perspectiva holística. En este artículo, se lleva a cabo una revisión de diferentes enfoques actuales con el objetivo de ofrecer una visión global y sencilla del estado actual de estos conceptos a los lectores. Para ello, se definen primeramente los elementos más significativos presentes en las publicaciones: terminología empleada, contexto, propósito, tratamiento matemático, estrategias de optimización y herramientas. Esto ha servido para realizar una clasificación, en forma de tabla, de artículos más representativos de entre los disponibles en la literatura, así como un análisis comparativo, a fin de dilucidar posibles nichos de investigación en este tema. Las principales concusiones ponen de manifiesto una escasa realización de experimentos en instalaciones reales y una generalizada omisión de criterios medioambientales, cuando se trata del diseño y operación de este tipo de sistemas.

The growing consumption of electricity and the progressive development of new technologies imply that the power system is increasingly automated with the purpose of having a more efficient and economical operation. This development drives the system to a Smart Grid, a large-scale cyber-physic network covering different energy generation technologies, storage and communications, enabling real-time information exchange and control. In this work, we present an optimal distributed control based on the consensus+innovation technique, where each agent on the network obtains information from its neighbours. Simulations of a microgrid system based on an IEEE 34 nodes test feeder demonstrate the effectiveness of the approach. Convergence is observed in the microgrid system under different scenarios in the physical and communications network. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

La electrificación de zonas rurales es un tema cada vez más relevante, debido a que en ciertos casos no se dispone de la red eléctrica tradicional. Es por ello, que es motivo de estudio el uso de microrredes de energías renovables aplicadas a estas zonas. Es importante considerar el recurso energético disponible para así poder dimensionar adecuadamente el sistema de microrred, ya que ciertos sistemas no pueden ser viables. En este estudio, se proponen dos sistemas de microrredes de generación de energías renovables: el primero es un sistema eólico/fotovoltaico que trabaja con la radiación indirecta del sol [kWh/m^2/día] y la velocidad promedio del viento [m/s] ; el segundo es un sistema netamente fotovoltaico que utiliza la radiación indirecta y la temperatura del sol, ambos sistemas son aislados y cuentan con un banco de almacenamiento energético (baterías), además tienen como carga a un consumidor rural residencial de 160 kWh/mes. Los sistemas son simulados y modelados en el software HOMER Pro. Los resultados indican que el sistema de microrred fotovoltaico es el más viable, ya que el lugar cuenta con bajas velocidades de viento y por lo tanto un sistema eólico no es viable.

This paper presents a methodology for protection coordination in microgrids that considers account non-standard features of directional over-current relays (OCRs). In the proposed approach three decision variables are considered for each relay; namely, the standard characteristic curve (SCC), Time Multiplier Setting (TMS) and maximum limit of the plug setting multiplier (PSM). The proposed mixed integer non-linear programing model is solved by means of a specialized genetic algorithm (GA) implemented in Matlab. Several tests were performed on a modified version of the IEEE-30 bus test system considering on-grid and off-grid operational modes. The results evidenced the robustness and applicability of the proposed approach in real-size microgrids that host distributed generation and exhibit several operational modes or topologies. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

The electrification of rural areas is an increasingly relevant issue, since in some cases they do not have access to the traditional electricity grid. For this reason, the use of renewable energy microgrids applied to these areas is being studied. It is important to consider the available energy resource in order to adequately size the microgrid system, since certain systems may not be viable. In this study, two renewable energy generation microgrid systems are proposed: the first is a wind/photovoltaic system that works with the indirect radiation of the sun [kWh/m^2/day] and the average wind speed [m/s]; the second is a purely photovoltaic system that uses the indirect radiation and the temperature of the sun, both systems are isolated and have an energy storage system (battery bank), also have as load a rural residential consumer of 160 kWh/month. The systems are simulated and modeled in HOMER Pro software. The results indicate that the photovoltaic microgrid system is the most viable, since the site has low wind speeds and therefore a wind system is not viable. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Contexto: En la implementación de una microrred, la parte más costosa es el sistema de almacenamiento de energía, el cual, en la mayoría de casos, está conformado por baterías. Diferentes autores, motivados por reducir los costos de implementación y permitir el uso generalizado de las microrredes, han dedicado sus esfuerzos a desarrollar técnicas y topologías de microrred para optimizar el sistema de almacenamiento de energía, buscando el compromiso entre vida útil, mantenimiento e inversión inicial. Método: El objetivo del presente artículo es presentar los criterios de selección que se utilizan para escoger el tipo de batería en una microrred, siendo estos suficientes para asegurar la viabilidad económica a lo largo del ciclo de vida del sistema. Para alcanzar dicho objetivo, se consultaron artículos indexados en revistas de contenido científico y de ingeniería, clasificando los criterios en dos grupos: criterios técnicos y criterios técnico-económicos. Resultados: Se pudo establecer que los criterios aseguran el cumplimiento de las características técnicas que requiere el usuario final de la microrred, pero no consideran la operación del sistema de almacenamiento a lo largo de la vida útil. En contraste, los criterios técnico-económicos permiten garantizar el funcionamiento del sistema de almacenamiento de la microrred a lo largo de toda la duración del proyecto. Conclusiones: La clasificación de criterios en este artículo es una guía que permite motivar el avance de investigaciones para de establecer metodologías que garanticen costos de implementación viables a nivel de microrredes, partiendo del análisis técnico-económico del sistema de almacenamiento.

Contexto: La utilizacion de microrredes en zonas no interconectadas se ha convertido en la unica alternativa que tiene las personas que habitan estas regiones para acceder al servicio de energía eléctrica. Debido a esto se hace necesariooptimizar la utilización de estos sistemas y en caso que sea posible expandir las ya existentes para aumentar la cobertura y de esta manera apoyar el cumplimiento del objetivo de desarrollo sostenible numero 7 planteado por las naciones unidas: Energía asequible y no contaminante. Metodología: En este artículo se presenta dos casos de expansión para una microrred basada en un sistema de generación fotovoltaica que se encuentra en una zona no interconectada de Colombia. Se realiza el análisis de generación eléctrica del sistema mediante Matlab/Simulink y el análisis de pequeña señal para verificar la estabilidad es ejecutado a través de Neplan. Con base en lo anterior se logra establecer una metodología que permite definir la capacidad de expansión de una microrred. Resultados: A partir del análisis de estabilidad de pequeña señal realizado en Neplan se obtiene los valores propios del sistema, tanto de la microrred actual como de los dos casos de expansión, esto con el fin de garantizar la estabilidad en la microrred ante tres escenarios diferentes; cargas no lineales, aumento de potencia demandada y generada. Conclusiones: En los sistemas de generación solar fotovoltaica ubicados en zonas no interconectadas y operando en modo isla los inversores influyen en la estabilidad de frecuencia considerablemente, debido a que la reducida inercia en estos sistemas conduce a una variación más rápida de este parámetro. Es por esto por lo que el análisis de estabilidad de pequeña señal es el método indicado para estudiar el comportamiento de microrredes ante variaciones de potencia demanda y generada, particularmente en los sistemas que operan en las zonas no interconectadas, porque ante pequeñas perturbaciones es posible identificar los cambios en la dinámica del sistema.

En años recientes, las microrredes han logrado un considerable desarrollo debido a que representan una alternativa técnica para responder a contingencias en la red de distribución, como también a incrementar el nivel de generación distribuida, entre otros beneficios. Por tal motivo, el presente artículo presenta un modelo de gestión energética basado en sistemas multiagentes para microrredes que operan en modo isla. El objetivo de esta investigación es el diseño de un sistema multiagente que permita gestionar el funcionamiento de un conjunto de microrredes distribuidas en un entorno aislado, además de mantener la correcta conexión con el bus común que une todas las microrredes, el sistema multiagente debe evitar sobrecargas y descargas profundas en las baterías. La metodología implementada es de tipo empírico analítica, la simulación comienza con una revisión del estado del arte, en búsqueda de una estrategia que permita coordinar un sistema de microrredes compuesto, donde estas están conectadas al mismo sistema de distribución operando en modo isla. La simulación del sistema se realizó mediante OpenDSS-G y Python. Los resultados obtenidos sugieren que un sistema de gestión de energía descentralizado, basado en la teoría de sistemas de agentes múltiples, puede tener importantes beneficios como, por ejemplo, el carácter autónomo de las microrredes para la generación de energía en zonas no interconectadas. Finalmente, con la teoría de multiagente se pueden crear sistemas de generación distribuida más confiables debido a su capacidad autónoma de toma de decisiones, para cubrir demandas eléctricas desde microrredes vecinas y conjuntamente prevenir sobrecargas y profundas descargas en las baterías.

Very small-scale hydropower plants are environmentally friendly and renewable resource-based innovative solutions. The interest in pico-hydro systems (up to 5 kW) has increased significantly from the first stand-alone applications, at remote sites, to the distributed generation, with the injection of generated energy into the grid. Recently, there have been advances in the grid connection of these systems using off-the-shelf components, namely photovoltaic inverters. Therefore, pico-hydro systems have gained an enormous potential in distributed generation, particularly in the context of microgrids. However, in situations of over-power, or whenever the generator is under no load, e.g. when the grid fails, there is a need for effective over-voltage protection, as in small wind turbines. This paper proposes two over-voltage protection circuits, designed to ensure the integration of pico-hydro turbines connected to the grid using conventional photovoltaic microinverters and string inverters, for power ranges of 300 W and some kW, respectively. Extensive tests were performed on an emulation platform and a workbench using these two different over-voltage protection circuits. One is designed to connect the generators of water wheels to the grid and the other to connect 1,500 W generators of water turbines. The experimental results demonstrated the performance of the proposed over-voltage protection circuits in four different situations. Both avoid irreversible damages of generators, photovoltaic microinverters and string inverters in the context of the above-described grid connection approach. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

This study presents the design of a control strategy for alternating current (AC) programmable electronic loads (PEL) applied to test scenarios in power microgrids. The control strategy is based on hysteresis current control (HCC) for the operation of a three-phase inverter to emulate load profiles. The PEL's design is divided into power and control stages to identify operating principles. The topology used is a three-phase four-wire AC PEL, using star and split DC bus connections. The DC link voltage is controlled through a Buck converter based on the power balance of the system. The PEL has been designed to operate in constant power, impedance, and current modes. It is concluded that PEL simulations function properly, representing power stage wavelengths and control signs according to theory. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

La microrred como elemento agregador de fuentes de generación, cargas y sistemas de almacenamiento de energía aparece como tecnología clave para dotar a los sistemas eléctricos de suficiente flexibilidad para una transición energética basada en fuentes renovables. Sin embargo, el problema de control para la gestión de energía se vuelve complejo cuando se incrementa el número de sistemas conectados a una misma microrred. De igual forma, se requiere flexibilidad para integrar a los vehículos eléctricos. La interacción entre las distintas microrredes y los vehículos hacen necesarias herramientas avanzadas de control para resolver el problema de optimización. El objeto del presente trabajo es presentar distintas herramientas de control predictivo basado en el modelo (Model Predictive Control, MPC) para resolver el problema de control asociado a este tipo de sistemas. En concreto, se abordan dos problemas: la conexión de vehículos eléctricos a la microrred y la interconexión de varias microrredes. Para el primer caso se analizan dos escenarios, según que el intercambio de energía sea uni o bidireccional y se presenta la forma de optimizar la operación usando MPC. En el segundo caso se aborda el problema usando técnicas de control distribuido.

En América Latina más de 100 millones de personas no tienen acceso a una energía limpia, asequible y constante. En Colombia, esto sucede en las denominadas Zonas No- Interconectadas - ZNI con una población de más de 2 millones de personas, que viven en regiones con abundantes y diversos recursos energéticos renovables. En este artículo se presenta una metodología para el diseño de microrredes en zonas aisladas, partiendo de la evaluación de recursos energéticos renovables locales. Una microrred es un sistema que usa varias fuentes y utiliza tecnologías de conversión de energías renovables en electricidad para proveer de electricidad zonas asiladas. Estas “microrredes” inteligentes consisten en un sistema energético que integra la generación, transmisión, distribución y uso final de la energía, de manera eficiente y amigable con el medio ambiente, y con un mínimo impacto socio-cultural, permitiendo el intercambio de información entre todos los componentes del sistema para un óptimo control. Por ello, es de suma importancia desarrollar un acertado análisis y evaluación de recursos energéticos, con el objetivo de optimizar al máximo el diseño de microrredes

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The path to achieve an increased use of renewable energy requires that the technical, political, and economic challenges are addressed in an integrated way. The objective of this paper is to present such socio-technical integration through the analysis of lessons learned in renewable energy in Puerto Rico. The pitfalls in the renewable energy market from technical, social and market acceptance perspectives are presented, as well as the main lessons on needed characteristics: a clear selection process of renewable energy suppliers to ensure socially and technically suitable projects, consistency in administrative decisions to achieve trust among stakeholders, effective inclusion of local communities for social acceptance, and transparency in establishing technical interconnection requirements. Considering the obstacles in the large-scale renewable market in Puerto Rico, distributed energy is presented as viable alternative that can better address social and technical challenges of renewable systems in tropical locations, in particular community microgrids. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

In this document, we aim to show how important patent research is for technological and scientific development. We expose some of the main characteristics of patents, as well as the advantages that these documents have over the most commonly used sources of information in research, such as scientific and professional papers. We also cover the International Patent Classification, which should be known if one hopes to extract any valuable information from patents. Finally, we put everything into practice with a case of study regarding microgrids in power systems, with high penetration of renewable energy sources. With this study case, we invite the reader to include patent consulting into his or her literature research habits.

Este trabajo presenta un algoritmo de estimación de estado diseñado para sistemas de distribución. El algoritmo de estimación se utiliza para operar una generación distribuida en modo isla o conectada a una red de distribución. Las variables de estado estimadas se utilizan para controlar un generador diésel y también para predecir las pérdidas cuando la generación distribuida trabaja conectada a la red. El estimador de estado propuesto, se resolvió por el método de mínimos cuadrados ponderados y se utilizó la descomposición en valores singulares, las variables de estado son las corrientes complejas de las ramas. Para garantizar la observabilidad en el sistema de distribución se hizo un análisis de observabilidad numérica, utilizando medidas de potencia activa y reactiva y medidas del fasor complejo de corriente. Para el algoritmo se propone utilizar unidades de medición fasorial y pseudo medidas, ya que estas medidas pueden garantizar la observabilidad de un sistema y aumentar la redundancia en el conjunto de medidas. El algoritmo se probó en el sistema de distribución IEEE de 13 nodos, a este sistema se le adicionó una generación distribuida que alimenta una red externa. Entre los principales resultados, se encontró que: el algoritmo es estable, converge muy cerca de la solución, además permite hacer la re sincronización de la generación distribuida con la red de distribución. Esta última característica puede mejorar la capacidad de auto-restablecimiento de microrredes que utilicen generadores sincrónicos.

O emprego de conversores estáticos nos sistemas de potência é cada vez maior, suas aplicações em geração de energia elétrica distribuída a partir de fontes solar e eólica são um grande foco de estudo por causa dos desafios técnicos que apresentam. Um destes desafios reside na dificuldade de integração de sistemas de geração distribuída (GD) e microrredes de energia com os bem consolidados algoritmos de controle e proteção de sistemas de potência. Esses sistemas são concebidos para atuar com máquinas síncronas de grande porte, com resposta dinâmica lenta devido à sua inerente inercia e amortecimento. Esse trabalho aborda a fundamentação, definição do sistema, simulação, implementação e validação experimental de uma técnica de controle de emulação de máquina síncrona aplicada ao conversor CC-CA trifásico (VSI) para operação associada a geração distribuída em microrredes de energia. Para melhorar o desempenho do algoritmo de emulação é proposto um controle de rastreamento de referências em malha fechada, garantindo a redução das distorções da tensão no ponto de acoplamento comum (PAC) devido à presença de harmônicos. Os resultados experimentais apresentam vários cenários de operação e também uma avaliação da influência de variações paramétricas no desempenho dinâmico do conversor.

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Este artículo presenta una propuesta de un banco de pruebas de microrredes para uso en laboratorio. El objetivo es proporcionar alta flexibilidad utilizando un enfoque modular con un hardware común para la mayoría de las tareas. El marco experimental propuesto para microrredes a escala de laboratorio proporciona los requisitos para enseñanza e investigación. Esto se logra con una etapa de electrónica de potencia reconfigurable, para pruebas y diseños de nuevas topologías. Permite probar algoritmos en los distintos niveles de la estructura jerárquica de la microrred. Da acceso a la emulación y simulación de elementos encontrados comúnmente en una microrred y a la programación de bajo nivel de los protocolos de comunicación para estudiar el canal de comunicación. La unidad de procesamiento en cada módulo, llamado controlador local, utiliza un procesador digital de señales de alto rendimiento (DSP). Esta unidad de procesamiento permite la reconfiguración de cada módulo para asumir cualquier tarea en la microrred; es decir, como cargas controlables, almacenamiento de energía, generación eólica, generación fotovoltaica, etc. El hardware propuesto se probó operando como emulador de los diferentes subsistemas. Las comunicaciones con un controlador central microrred (MCC) se realizan mediante procesadores integrados estándar, capaces de implementar los protocolos de comunicación adecuados para ambientes de microrred.

Este trabalho apresenta de forma detalhada a modelagem de pequenos sinais para a conexão de um número genérico de inversores em paralelo operando de forma ilhada em microrredes de baixa tensão. É utilizada uma estrutura de controle hierárquico mestre-escravo, a qual garante a regulação da amplitude e da frequência da tensão da microrrede enquanto distribuindo de forma precisa as potências ativas e reativas entre todos os inversores conectados. Em caso de falha do mestre, o sistema permanece operando através da redefinição de um novo mestre. Apesar desta estrutura ser utilizada, a modelagem proposta pode ser aplicada a outras configurações de sistemas de controle hierárquico. A modelagem de pequenos sinais é desenvolvida no espaço de estados, e consiste na linearização do sistema em torno de um ponto de equilíbrio. O modelo obtido é validado através de resultados de simulação e o desempenho do sistema é avaliado através de resultados hardware-in-the-loop.

Este trabalho apresenta a análise e o desenvolvimento de uma estrutura topológica de retificador híbrido trifásico que oferece as características operacionais de imposição de correntes de linha de entrada senoidais com elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica de corrente, e de fornecimento de um barramento CC com tensão regulada utilizando a inovadora técnica de Compensação de Tensão Série no Barramento CC. Tais objetivos são alcançados tanto para condições normais de suprimento da rede elétrica como para condições de afundamentos temporários de tensão equilibrados e desequilibrados na rede CA. Para corroborar com a teoria exposta e com as análises de simulação computacional, um protótipo de 5 kW foi construído e avaliado em laboratório. Os resultados obtidos comprovam a eficácia da solução proposta e demonstram grande potencial para a alimentação de cargas CC sensíveis aos afundamentos de tensão na rede CA e para estabilização da tensão em microrredes CC devido à inerente intermitência das fontes de energia solar fotovoltaica e eólica.

This paper deals with some issues related to optimal operation of microgrids, which are a group of loads, generators and energy storage systems that can be managed isolated or connected to the main grid, in a coordinated way in order to reliably supply electricity. The control problems and solution are addressed both for optimal dispatch and for the integration of the microgrid in the electricity market. Development of Model Predictive Controllers are presented for case studies that include several renewable sources (photovoltaic and wind) as well as hybrid storage using hydrogen. Some experimental results for a demonstration microgrid are presented, as well as simulations of scheduling in the electricity market. The results indicate that development of the appropriate controllers will allow a competitive participation of renewable energy in the new model of the electrical system.

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