Evaluación e integración de microrredes al sistema eléctrico

Abstract

El elevado coste de la energía, la inestabilidad geopolítica y las diferentes líneas de subvención por parte de los gobiernos han disparado el interés por la autosuficiencia energética mediante fuentes de energía renovable, tanto en el ámbito doméstico como en el industrial. Esta creciente tendencia ha impulsado una transformación significativa en los sistemas eléctricos tradicionales, con una integración cada vez mayor de la generación distribuida (en inglés Distributed Generation, DG), que permite una descentralización de la producción de energía. En este contexto, las microrredes (μredes) han surgido como una solución innovadora para integrar estas fuentes de energía distribuidas en el sistema de potencia. En esta tesis doctoral se aborda la problemática de flexibilizar la generación y la demanda de las μredes y se cuantifica la mejora que éstas podrían ofrecer en los sistemas eléctricos de distribución, a los cuales están conectadas. El objetivo principal es controlar elementos clave de las μredes, como las cargas termostáticas (TCL, de su denominación en inglés thermostatically controlled load) y las turbinas eólicas de pequeña escala, para mejorar su integración en los sistemas de distribución. Además, se optimizan los sistemas de distribución mediante la consideración de nudos flexibles de generación y demanda. Dado que estos sistemas de distribución en su mayoría tienen una configuración radial, también se propone la inserción de líneas adicionales para llegar a una configuración radial óptima. El estudio se organiza en cuatro bloques principales: la configuración y el control de las μredes con energía eólica de pequeña escala, la planificación y optimización de las TCL, la evaluación de flujos de cargas en redes radiales, y la optimización de sistemas de distribución mediante reconfiguraciones y nudos flexibles. Se presenta además la herramienta de software OPRERES para la reconfiguración óptima de sistemas radiales, que facilita la implementación práctica de uno de los enfoques optimizadores propuesto en la tesis.

The high cost of energy, geopolitical instability, and government subsidy programs have significantly increased the interest in energy self-sufficiency through renewable energy sources, both in domestic and industrial sectors. This growing trend has driven a significant transformation in traditional electrical systems, with a greater integration of distributed generation (DG), enabling the decentralization of the energy production. In this context, the microgrids (μgrids) have emerged as an innovative solution to integrate these distributed energy sources into the power system. This doctoral thesis addresses the challenge of increasing the flexibility of generation and demand within μgrids and quantifies the improvements they can offer to the distribution networks to which they are connected. The primary objective is to control the key μgrid elements, such as thermostatically controlled loads (TCL) and smallscale wind turbines, to enhance their integration into distribution systems. Additionally, the optimization of distribution networks is considered by incorporating flexible generation and demand nodes. Since these distribution systems are mostly configured radially, the insertion of additional lines is also proposed to achieve an optimal radial configuration. The study is organized into four main sections: the configuration and control of μgrids with small-scale wind energy, the planning and optimization of TCLs, the evaluation of load flows in radial networks, and the optimization of distribution systems through reconfigurations and flexible nodes. Furthermore, the software tool OPRERES is presented for the optimal reconfiguration of radial systems, facilitating the practical implementation of one of the optimization approaches proposed in this thesis.