Metodologías para la coordinación de esquemas de protecciones eléctricas en microrredes utilizando técnicas de optimización

Abstract

RESUMEN: La industria de la energía eléctrica se encuentra en constante cambio, buscando un rol más activo de los usuarios y una mayor participación de la generación a pequeña escala en las redes de distribución (RD). Esta tendencia ha sido motivada por diferentes aspectos entre los que se destacan una renovada conciencia ecológica, avances tecnológicos que han posibilitado la reducción de costos de generación a pequeña escala y el deseo de reducir la dependencia de los combustibles fósiles y la emisión de gases de efecto invernadero. En este contexto, las microrredes se destacan como una opción que permite integrar los nuevos requerimientos los sistemas eléctricos y que puede mitigar los impactos ambientales de la industria eléctrica a través de la integración de la generación distribuida (GD) renovable y una gestión eficiente de los recursos. Garantizar un funcionamiento seguro y confiable de las microrredes requiere esquemas de protección adecuados que garanticen la seguridad de las personas y los equipos. La integración de microrredes implica nuevos desafíos para la coordinación de protección en RD, debido a la presencia de unidades de GD que introducen flujos de potencia bidireccionales. El objetivo principal de este trabajo es proponer y validar modelos de coordinación de protecciones de sobrecorriente en microrredes que tengan en cuenta características no estándar de los relés y que sean resueltos mediante técnicas metaheurísticas. Para lograr este objetivo, se identifican las debilidades actuales y las soluciones disponibles que presentan los modelos de coordinación de protecciones de sobrecorriente de las microrredes para definir los desafíos futuros. Luego, las características no estándar se seleccionan y estudian en detalle. Posteriormente, se proponen modelos de coordinación óptimos mediante la implementación de las características no estándar seleccionadas. Finalmente, los modelos propuestos se validan mediante técnicas de optimización metaheurísticas. Este documento está estructurado como una recopilación de varios artículos científicos, los cuales muestran los resultados obtenidos durante el desarrollo del doctorado. La estructura del documento consiste en sustentar el cumplimiento de los objetivos principales y específicos a través de publicaciones en revistas científicas internacionales de alto impacto.

ABSTRACT: The electric power industry is currently under constant change, seeking a more active role of users and a greater participation of small-scale generation in distribution networks (DNs). This trend has been motivated by different aspects that include a renewed ecological awareness, technological advances that have lowered the costs of small-scale generation, and a desire to reduce the dependence on fossil fuel and greenhouse emissions. In this context, microgrids stand out as an option that allows integrating the new requirements of electrical systems and an alternative that can mitigate the environmental impacts of the electrical industry through the integration of renewable distributed generation (DG) and an efficient management of resources. Guaranteeing a secure and reliable operation of microgrids requires adequate protection schemes that ensure the safety of people and equipment. The integration of microgrids implies new challenges for the protection coordination in DNs, due to the presence of DG units which introduce bidirectional power flows. The main objective of this work is to propose and validate overcurrent protection coordination models in microgrids that take into account non-standard characteristics of relays and that are solved by metaheuristic techniques. To achieve this aim, the current weaknesses and available solutions presented by overcurrent protection coordination models of microgrids are identified to define future challenges. Then, non-standard characteristics are selected and studied in detail. Subsequently, optimal coordination models are proposed by implementing such non-standard characteristics. Finally, the proposed models are validated using metaheuristic optimization techniques. This document is structured as a compilation of several scientific papers, which show the results obtained during the development of the doctorate. The structure of the document consists on supporting the fulfillment of the main and specific objectives through publications in high impact international journals.