Microredes eléctricas: estructura, análisis y parámetros eléctricos

Resumen A nivel mundial se están desarrollando las Redes Eléctricas Inteligentes (Smart Grids por su definición en inglés), con base en esta tendencia tecnológica también se están desarrollando las microredes. El objetivo de estos nuevos sistemas es aprovechar los recursos energéticos principalmente renovables para algún sitio en particular y para incrementar la confiabilidad por ejemplo de una red de distribución, aunque también existen las microredes aisladas para electrificar viviendas y comunidades rurales aisladas de las Redes Generales de Distribución. Este trabajo de tesis se ha desarrollado con el objetivo de conocer la estructura eléctrica y los estudios eléctricos necesarios para la integración de una microrred, con la finalidad de generar energía eléctrica y de establecer que el aprovechamiento a pequeña escala de los recursos energéticos es técnicamente factible. En México por los diferentes recursos energéticos renovables que existen, se pueden desarrollar microredes en las ciudades, o en las zonas rurales. En las ciudades, también existen los recursos renovables suficientes y también existen espacios físicos los cuales se ubican en zonas industriales, zonas habitacionales, zonas escolares y otros lugares públicos, inclusive existen espacios que podrían utilizarse en las instalaciones militares. Los recursos que pueden utilizarse, son los recursos energéticos del sol, la fuerza del viento, o del agua; por otra parte, dependiendo de los esquemas de la microrred propuesta, tanto para la generación, como para la red de distribución y del perfil de demanda analizado, en ocasiones es necesario apoyarse con recursos no renovables como el gas o diésel, esto para complementar la confiabilidad del sistema eléctrico de distribución o para extender la energía (watts-hora) por la noche o en días con poco sol o viento. Este trabajo de tesis describe como realizar el análisis de una microrred, se analizan las definiciones en la normativa internacional, se explican algunos ejemplos de microredes a nivel mundial y en el sector militar, y algunos sistemas en México, así como algunos esquemas de operación. También se define la topología de una microrred, los componentes eléctricos y se analizan los requerimientos técnicos para su integración. 4 Se analiza con la herramienta ETAP la topología de una microrred, con estudios de corto circuito, flujos de carga y calidad de potencia se verifica su comportamiento. Se analizan diversos escenarios de operación en modo interconectado a una red de distribución. También se analiza con la herramienta Matlab una microrred utilizando modelos predefinidos en la herramienta Simulink, ejemplificando de esta forma que las herramientas computaciones, permiten apoyar en la etapa de planeación y posteriormente en la etapa de operación de una microrred. Finalmente, se concluye que las microredes nos permiten aprovechar los recursos energéticos que existen en un sitio en particular. Incentivan la participación de la sociedad diversificando las fuentes de generación, y también incrementan la confiabilidad cuando este tipo de sistemas se interconecta a una red de distribución.

Abstract Smart Grids (Smart Grids for its definition in English) are being developed worldwide, based on this technological trend, microgrids are also being developed. The objective of these new systems is to take advantage of mainly renewable energy resources for a particular site and to increase the reliability, for example, of a distribution network, although there are also isolated microgrids to electrify homes and rural communities isolated from the General Distribution Networks. This thesis work has been developed with the aim of knowing the electrical structure and electrical studies necessary for the integration of a microgrid, in order to generate electrical energy and to establish that the small-scale use of energy resources is technically feasible. In Mexico, due to the different renewable energy resources that exist, microgrids can be developed in cities, or in rural areas. In cities, there are also sufficient renewable resources and there are also physical spaces which are located in industrial zones, residential areas, school zones and other public places, there are even spaces that could be used in military installations. The resources that can be used are the energy resources of the sun, the force of the wind, or water; On the other hand, depending on the schemes of the proposed microgrid, both for the generation and for the distribution network and the demand profile analyzed, sometimes it is necessary to rely on non-renewable resources such as gas or diesel, this to complement the reliability of the electrical distribution system or to extend power (watt-hours) at night or on days with little sun or wind. This thesis work describes how to perform the analysis of a microgrid, the definitions in international regulations are analyzed, some examples of microgrids are explained worldwide and in the military sector, and some systems in Mexico, as well as some operation schemes. The topology of a microgrid, the electrical components and the technical requirements for their integration are also defined. The topology of a microgrid is analyzed with the ETAP tool, with short circuit studies, load flows and power quality, its behavior is verified. Various operating scenarios are analyzed in an interconnected mode to a distribution network. 6 A microgrid is also analyzed with the Matlab tool using predefined models in the Simulink tool, exemplifying in this way that computational tools allow support in the planning stage and later in the operation stage of a microgrid. Finally, it is concluded that microgrids allow us to take advantage of the energy resources that exist in a particular place. They encourage the participation of society by diversifying generation sources, and also increase reliability when this type of system is interconnected to a distribution network.