Control de frecuencia en sistemas eléctricos desregulados considerando fuentes no convencionales de energía

Abstract

Load Frequency Control (LFC) is a problem of utmost importance for the design and operation of any electrical power system. Given the constant growth in global energy demand and the need to find new sources of energy generation that are environmentally friendly, as well as the conditions of a highly competitive open electricity market, the operational challenges increase, which leads to consider new optimization and control techniques for the design of dynamic controllers that are able to provide a safe operation while maintaining the stability and reliability of the network under these operating conditions. Most of the researches carry out the study of CFL by means of mathematical models using block diagrams, which increases the time in the formulation of interconnected power systems in regularized and deregulated environments with many operating areas and numerous devices in each one of them. Therefore, this thesis presents a generalized mathematical formulation for structuring multi-area and multi-machine power systems with the objective of solving the CFL problem by obtaining and manipulating the different parameters of the power system for the creation of models in state spaces automatically, considering conventional generation sources, Renewable Energy Sources (RES) and Energy Storage Systems (ESS) in a regularized and deregulated environment. In this work the models of 8 different devices are developed, which are thermal generation units without reheat, with single reheat, with double reheat, hydroelectric, solar photovoltaic, wind DFIG type and energy storage systems with super capacitors and superconducting coils.

El control de frecuencia de carga (LFC, acrónimo del inglés Load Frequency Control) es un problema de suma importancia para el diseño y funcionamiento de cualquier sistema eléctrico de potencia. Dado el constante crecimiento en la demanda de energía mundial y a la necesidad de encontrar nuevas fuentes de generación de energía que sean amigables con el medio ambiente, así como a las condiciones de un mercado eléctrico abierto altamente competitivo, los retos operativos aumentan, lo que conlleva a considerar nuevas técnicas de optimización y control para el diseño de controladores dinámicos que sean capaces de ofrecer un funcionamiento seguro manteniendo la estabilidad y confiabilidad de la red ante estas condiciones operativas. La mayoría de investigaciones realizan el estudio de LFC por medio de modelos matemáticos usando diagramas de bloques, lo que aumenta el tiempo en la formulación de sistemas de potencia interconectados en entornos regularizados y desregularizados con muchas áreas operativas y numerosos dispositivos en cada una de ellas. Por lo anterior, en esta tesis se presenta una formulación matemática generalizada para estructurar sistemas eléctricos multiárea y multimáquina con el objetivo de resolver el problema de LFC por medio de la obtención y manipulación de los diferentes parámetros del sistema de potencia para la creación de modelos en espacios de estados de manera automática, considerando fuentes de generación convencional, fuentes renovables de energía (RES, acrónimo del inglés Renewable Energy Sources) y sistemas de almacenamiento de energía (ESS, acrónimo del inglés Energy Storage Systems) en un entorno regularizado y desregularizado. En este trabajo se desarrollan los modelos de 8 diferentes dispositivos, los cuales son, las unidades de generación térmicas sin recalentamiento, con recalentamiento simple, con recalentamiento doble, hidroeléctricas, solares fotovoltaicos, eólicas tipo DFIG y sistemas de almacenamiento con súper capacitores y bobinas superconductoras.