Maestría en Ingeniería Eléctrica · 2024
Estudio de capacidades de una microrred de laboratorio
Inicialmente, se identifican y clasifican atributos de microrredes de laboratorio; asimismo, se presentan las características físicas y eléctricas correspondientes a la microrred del Laboratorio de Integración Energética (LIE). Posteriormente, se identifican escenarios, indicadores y criterios usados en la literatura para el estudio de la operación y desempeño de microrredes, especialmente a nivel de laboratorio. Con base en esta información, se propone un procedimiento para evaluar las capacidades de microrredes de laboratorio relacionadas con generación, control, operación, mantenimiento, comunicación, monitorización, reconfiguración, emulación, resiliencia y protecciones. El procedimiento incluye el uso de métricas de desempeño, la aplicación de la técnica DEMATEL para considerar la relevancia de cada indicador, el uso de estrategias de normalización para facilitar la operación matemática entre los indicadores, y suministra una valoración para cada capacidad en un rango entre cero y uno. La aplicación del procedimiento valora la operación esperada de la microrred del LIE (simulaciones). Para lograr esto, se realiza el modelado y simulación de la operación de la microrred objeto de estudio según escenarios definidos. Este trabajo permite identificar fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas para la microrred del LIE, información que ayudará en la planificación de proyectos de investigación y a la gestión tecnológica de este activo en el mediano y largo plazo.
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Contenido
- Introducciónp. 17
- 1. Generalidadesp. 19
- 1.1 Consideraciones sobre Microrredesp. 20
- 1.2 Microrredes de Laboratoriop. 23
- 1.3 Declaración del Problemap. 29
- 1.4 Objetivos y Alcancep. 20
- 1.5 Metodologíap. 20
- 1.5.1 Fase 1: Formulación del Procedimientop. 32
- 1.5.2 Fase 2: Modelado y Simulaciónp. 33
- 1.5.3 Fase 3: Análisis de Resultadosp. 34
- 1.6 Estructura del Libro y Divulgación de Resultadosp. 34
- Microrredesp. 20
- 2.1 Análisis Bibliométrico sobre Microrredesp. 37
- 2.2 Caracterización de las Publicaciones Seleccionadasp. 39
- 2.3 Capacidades de una Microrredp. 41
- 2.4 Indicadores y Criterios de Desempeño Asociados a Microrredesp. 44
- 2.4.1 Generaciónp. 43
- 2.4.2 Resilienciap. 43
- 2.4.3 Mantenimientop. 43
- 2.4.4 Comunicaciónp. 26
- 2.4.5 Reconfiguraciónp. 43
- 2.4.6 Emulaciónp. 43
- 2.4.7 Monitorizaciónp. 27
- 2.4.8 Seguridadp. 43
- 2.4.9 Protecciónp. 43
- 2.4.10 Operaciónp. 37
- 2.4.11 Controlp. 26
- 2.5 Estándares y Normas para la Operación de Microrredesp. 62
- 2.6 Escenarios de operaciónp. 65
- 2.7 Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazasp. 66
- 3. Procedimiento de evaluación de capacidades de microrredes de laboratoriop. 68
- 3.1 Paso 1: Descripción de la MRp. 72
- 3.2 Paso 2: Modelado de la MR en un Softwarep. 72
- 3.3 Paso 3: Selección de indicadoresp. 72
- 3.4 Paso 4: Asignación de Pesos a los Indicadoresp. 73
- 3.5 Paso 5: Definición de Estrategia de Normalización de Indicadoresp. 75
- 3.6 Paso 6: Definición de Plan de Simulaciones y Experimentaciónp. 76
- 3.7 Paso 7: Creación de ficha de evaluación de capacidadesp. 77
- 3.8 Paso 8: Simulaciónp. 77
- 3.9 Paso 9: Experimentaciónp. 77
- 3.10 Paso 10: Cuantificación de indicadoresp. 78
- 3.11 Paso 11: Normalización de Indicadoresp. 78
- 3.12 Paso 12: Valoración de capacidadesp. 78
- 3.13 Paso 13: Clasificación de Resultados en Factores Internos y Externosp. 79
- 3.14 Paso 14: Clasificación en FODAp. 79
- 4. Aplicación de Procedimiento de Evaluación de Capacidades de Microrredes al LIEp. 80
- 4.1 Características de la microrred del LIEp. 81
- 4.2 Modelado de la microrredp. 84
- 4.3 Selección de indicadoresp. 70
- 4.4 Asignación de Pesos a Indicadoresp. 90
- 4.5 Definición de estrategia de normalizaciónp. 93
- 4.6 Definición de Plan de Simulación y Experimentaciónp. 94
- 4.7 Ficha de Evaluación de Capacidadesp. 97
- 4.7.1 Generaciónp. 43
- 4.7.2 Resilienciap. 43
- 4.7.3 Operaciónp. 37
- 4.7.4 Protecciónp. 43
- 4.7.5 Controlp. 26
- 4.8 Resultados de Simulaciónp. 34
- 4.9 Cuantificación de indicadoresp. 105
- 4.10 Normalización de datosp. 107
- 4.11 Valoración de Capacidadesp. 108
- 4.11.1 Generaciónp. 43
- 4.11.2 Operaciónp. 37
- 4.11.3 Resilienciap. 43
- 4.11.4 Protecciónp. 43
- 4.11.5 Controlp. 26
- 4.12 Clasificación de Resultados en Factores Internos y Externosp. 118
- 4.13 Clasificación en FODAp. 120
- 5. Plan de pruebas para estudio futuro de capacidadesp. 122
- 5.1 Monitorizaciónp. 27
- 5.2 Reconfiguraciónp. 43
- 5.3 Emulaciónp. 43
- 5.4 Mantenimientop. 43
- 5.5 Seguridadp. 43
- 5.6 Comunicaciónp. 26
- 6. Conclusionesp. 131
- Referencias Bibliográficasp. 133
- Apéndicesp. 153
- Tabla 1. Características de MR en diversas universidadesp. 26
- Tabla 2. Resultados del trabajo de investigaciónp. 35
- Tabla 3. Relación de capacidades con componentes de la MRp. 42
- Tabla 4. Descripción de capacidades de una MRp. 43
- Tabla 5. Indicadores de desempeño aplicables a la generación en MRp. 45
- Tabla 6. Indicadores de desempeño aplicables a la resiliencia en MRp. 48
- Tabla 7. Indicadores de desempeño aplicables al mantenimiento en MRp. 51
- Tabla 8. Indicadores de desempeño aplicables a la comunicación en MRp. 52
- Tabla 9. Indicadores de desempeño aplicables a la reconfiguración en MRp. 54
- Tabla 10. Indicadores de desempeño aplicables a la emulación en MRp. 55
- Tabla 11. Indicadores de desempeño aplicables a la monitorización en MRp. 56
- Tabla 12. Aplicaciones de variables eléctricasp. 57
- Tabla 13. Indicadores de desempeño aplicables a la seguridad en MRp. 57
- Tabla 14. Indicadores de desempeño aplicables a la protección en MRp. 58
- Tabla 15. Indicadores de desempeño aplicables a la operación en MRp. 60
- Tabla 16. Indicadores aplicables al controlp. 61
- Tabla 17. Estándares para MRp. 62
- Tabla 18. Normas y estándares relacionados con capacidades de una MRp. 63
- Tabla 19. Rangos recomendados por IEEE 1547p. 63
- Tabla 20. Características de los estándares IEEE 802.15.4 y IEEE 802.11p. 64
- Tabla 21. Escenarios de operación de MRp. 66
- Tabla 22. Descripción del procedimiento para evaluar las capacidades de una MRp. 70
- Tabla 23. Valoración de influencia de un parámetro con el sistemap. 73
- Tabla 24. Matriz de relación de indicadoresp. 74
- Tabla 25. Valores de referencia y críticos para los indicadoresp. 76
- Tabla 26. Valoración de rendimientop. 78
- Tabla 27. Escala de valoración de desempeñop. 79
- Tabla 28. Características de los componentes de la MR del LIEp. 82
- Tabla 29. Parámetros de componentes en Power Factoryp. 85
- Tabla 30. Parámetros de componentes en MATLAB Simulinkp. 88
- Tabla 31. Indicadores seleccionados para evaluar la MR del LIEp. 89
- Tabla 32. Peso de indicadores aplicables a la generaciónp. 90
- Tabla 33. Peso de indicadores utilizados en el escenario de operación normalp. 91
- Tabla 34. Peso de indicadores utilizados en el escenario de desbalance de cargap. 91
- Tabla 35. Pesos de indicadores de resilienciap. 92
- Tabla 36. Pesos de indicadores de protecciónp. 92
- Tabla 37. Pesos de indicadores de controlp. 92
- Tabla 38. Estrategia de normalización para los indicadores de cada capacidadp. 93
- Tabla 39. Escenarios de operación estudiados con simulaciónp. 94
- Tabla 40. Características de los escenarios de generaciónp. 95
- Tabla 41. Características de los escenarios de operaciónp. 95
- Tabla 42. Características de los escenarios de resilienciap. 96
- Tabla 43. Características de los escenarios de protecciónp. 96
- Tabla 44. Características de los escenarios de controlp. 96
- Tabla 45. Requerimientos para los indicadores aplicables a la generaciónp. 98
- Tabla 46. Requerimientos para los indicadores aplicables a la resilienciap. 99
- Tabla 47. Requerimientos para los indicadores aplicables a la operaciónp. 99
- Tabla 48. Requerimientos para los indicadores aplicables a la protecciónp. 100
- Tabla 49. Condiciones para la protecciónp. 100
- Tabla 50. Requerimientos para los indicadores aplicables al controlp. 101
- Tabla 51. Funciones de control según IEEE2 2030.9p. 101
- Tabla 52. Resultados de simulaciónp. 102
- Tabla 53. Indicadores cuantificadosp. 105
- Tabla 54. Rendimiento de la generaciónp. 110
- Tabla 55. Factores influyentes en el rendimiento de la generaciónp. 111
- Tabla 56. Rendimiento de la operaciónp. 113
- Tabla 57. Factores influyentes en el rendimiento de la operaciónp. 113
- Tabla 58. Rendimiento de la resilienciap. 114
- Tabla 59. Factores influyentes en el rendimiento de la resilienciap. 115
- Tabla 60. Rendimiento de la protecciónp. 116
- Tabla 61. Rendimiento del controlp. 117
- Tabla 62. Factores internos de la MRp. 119
- Tabla 63. Factores externos de la MRp. 120
- Tabla 64. FODA de la MR ubicada en el LIEp. 120
- Tabla 65. Condiciones para la monitorizaciónp. 124
- Tabla 66. Requerimientos para los indicadores aplicables a la reconfiguraciónp. 124
- Tabla 67. Condiciones para la reconfiguración de una MRp. 125
- Tabla 68. Características de la emulaciónp. 125
- Tabla 69. Requerimientos para los indicadores aplicables al mantenimientop. 126
- Tabla 70. Escala de probabilidadp. 128
- Tabla 71. Probabilidad de ocurrencia e impactos de amenazas y vulnerabilidadesp. 128
- Tabla 72. Requerimientos para los indicadores aplicables a la comunicaciónp. 130
- Figura 1. Esquema del contenido del Capítulo 1p. 19
- Figura 2. Topologías de MRp. 23
- Figura 3. MR del laboratorio de la Universidad de Sevillap. 29
- Figura 4. Metodología propuestap. 32
- Figura 5. Formulación del procedimientop. 33
- Figura 6. Modelado y simulaciónp. 33
- Figura 7. Análisis de resultadosp. 34
- Figura 8. Esquema del contenido del Capítulop. 36
- Figura 9. Publicaciones sobre MRp. 37
- Figura 10. Número de publicaciones por paísp. 38
- Figura 11. Temas relacionados con MRp. 39
- Figura 12. Documentos seleccionadosp. 40
- Figura 13. Revistas de los documentos seleccionadosp. 41
- Figura 14. Esquema de MR de Universidad de Puerto Ricop. 42
- Figura 15. Diagrama de protecciones para MRp. 59
- Figura 16. Matriz FODAp. 66
- Figura 17. Esquema del contenido del Capítulo 3p. 68
- Figura 18. Procedimiento para evaluar las capacidades de MRp. 69
- Figura 19. Estrategias de normalizaciónp. 75
- Figura 20. Esquema del contenido del Capítulo 4p. 81
- Figura 21. Esquema de la MR del LIEp. 82
- Figura 22. Componentes de la MR del LIEp. 83
- Figura 23. Diagrama de la MR del LIE en Power Factoryp. 85
- Figura 24. Diagrama de la MR del LIE en Simulinkp. 87
- Figura 25. Valoración de capacidadesp. 109
- Figura 26. Diagrama de caja de las capacidadesp. 110
- Figura 27. Desempeño de la generación con el escenario 2p. 112
- Figura 28. Desempeño de la operación con desbalance de carga globalp. 114
- Figura 29. Desempeño de la resiliencia con variación de carga localp. 116
- Figura 30. Desempeño de la protección con falla trifásica en el nodo 1p. 117
- Figura 31. Desempeño del control con la capa primariap. 118
- Figura 32. Esquema del contenido del Capítulo 5p. 123
- Figura 33. Esquema para el cálculo del riesgop. 127
- Apéndice A. Pesos de indicadoresp. 153
- Apéndice B. Resultados de simulaciónp. 161
- Apéndice C. Cuantificación de resultadosp. 175
- Apéndice D. Normalización de datosp. 178