Factibilidad y diseño de sistemas de generación distribuida basados en micro-generación hidráulica

Abstract

The distributed generation systems constitute a viable alternative to the solution of the generation and electric power supply problem in isolated regions or small loads, which is especially applied in developing countries. In this thesis, a brief description of the available technologies in distributed generation is made. The feasibility of installation of electrical generation based on minihydraulic systems in punctual regions having a small river or water fall is analyzed. Because the water is the raw material for the hydroelectric generation, it was important to analyze the behavior of the water flow time series from small rivers, and apply time series forecasting methodologies such as ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average) or artificial intelligence methodologies, e.g, neural networks or genetic programming, in order to determine the future behavior of the water flow and to define if it is feasible or not the installation of a mini or micro-hydraulic plant. Based on the obtained results of the water flow time series, a methodology is developed to determine the characteristics of each one of the electro-mechanical elements of the proposed mini-hydraulic central. General recommendations are also given for the most important civil components. The simulation software PSCAD/EMTDC is used for the study and analysis of the presented mini-generation system. Also, the included models in this package for hydraulic systems are shown. Steady state and transient analysis of the proposed generation and distribution mini-grid were carried-out, obtaining the voltage and current waveforms at different points of the system.

Los sistemas de generación distribuida constituyen una alternativa viable a la solución del problema de generación y suministro de energía eléctrica en regiones aisladas o pequeñas cargas, esto especialmente en países en vías de desarrollo. En esta tesis se realiza una breve descripción de las tecnologías disponibles en generación distribuida, en especifico se estudia y analiza la factibilidad de implantación de sistemas micro o mini-hidráulicos de generación eléctrica en regiones puntuales donde exista un pequeño río o caída de agua. Debido a que el agua es la materia prima para la generación hidroeléctrica, fue importante analizar el comportamiento de las series de tiempo de caudal de pequeños ríos, así como aplicar técnicas de pronóstico de series de tiempo como lo son las metodologías Arima (Auto-regressive Integrated Moving Average) o metodologías de inteligencia artificial; como las redes neuronales o programación genética, esto con el objeto de determinar el comportamiento futuro del caudal y así definir si es factible o no la instalación de una mini-central hidráulica. En base a los resultados obtenidos de las series de tiempo de caudal, se desarrolla una metodología para determinar las características de cada uno de los elementos electro-mecánicos de la central mini-hidráulica propuesta, además se dan recomendaciones generales para los componentes más importantes de la obra civil. Para el estudio de la operación dinámica de este tipo de sistemas se utiliza el software de simulación PSCAD/EMTDC y se presentan los modelos incluidos en este paquete para sistemas hidráulicos y su aplicación en mini-sistemas de generación. Se realizaron estudios en estado estacionario y estado transitorio de una mini-red de generación y distribución propuesta, obteniéndose la respuesta de voltajes y corrientes en diferentes puntos del sistema.