Análisis en estado estacionario en sistemas eléctricos de potencia con presencia de sistemas de generación fotovoltaica y de almacenamiento de energía

Abstract

The increased use of alternative energy sources in electric power networks is becoming more noticeable day after day. The ecological situation that we face emphasizes the need to make use of this technology. Unfortunately most of these renewable energy sources have a high degree of intermittence while the necessity of supplying electric power is constant. One of the most promising sources of energy that has a significant level of intermittence is photovoltaics. However, it has been proposed the incorporation of energy storage systems based on batteries in order to minimize the intrinsic variations of this energy source. In this thesis the study of power flows of the “Sistema Interconectado Nacional” in the presence of photovoltaic generation and integration of energy storage systems based on batteries is performed. Simulation software “Power System Simulator for Engineering” (PSS/E) is used to assess the impact of photovoltaic energy in the steady-state solution for the nodal voltages, system losses and load in transmission lines. Besides, the support given by the energy storage systems based on lithium ion batteries is discussed. Photovoltaic generator model which is validated by comparing simulation results generated by the model with actual measurements of the photovoltaic plant of Santa Rosalia in Baja California Sur belonging to Comisión Federal de Electricidad (CFE) is implemented. The generator model is implemented in the Python programming language to allow direct interaction with PSS/E, since it does not have its own model for photovoltaic generators. The power flow study is performed for a period of 24 hours with 10 minute intervals between each simulation. The impact of a photovoltaic generator with energy storage system in the area Huajuapan de León, Oaxaca in the 115 KV network is analyzed.

El incremento de la utilización de fuentes de energía alternativas en las redes eléctricas es cada día más notable. La preocupante situación ecológica que enfrentamos acentúa la necesidad de hacer uso de este tipo de tecnología. Desafortunadamente la mayoría de estas energías renovables presentan un alto grado de intermitencia mientras que la necesidad de suministrar energía eléctrica es constante. Una de las fuentes de energía más prometedora pero que presenta un nivel importante de intermitencia es la energía fotovoltaica. Sin embargo, se ha propuesto la incorporación de sistemas de almacenamiento de energía entre los cuales destacan aquellos en base a baterías con el objetivo de aminorar las variaciones de generación intrínsecas en esta fuente de energía. En esta tesis se realiza el estudio de flujos de potencia del Sistema Interconectado Nacional en presencia de generación fotovoltaica y la integración de sistemas de almacenamiento de energía en base a baterías. Se utiliza el paquete de simulación “Power System Simulator for Engineering” (PSS/E) para evaluar el impacto de la generación fotovoltaica en la solución de estado estable en términos de voltajes nodales, pérdidas del sistema y nivel de carga en las líneas de transmisión. Además, se analiza el soporte que pueden dar los sistemas de almacenamiento de energía en base a baterías de ion de litio. Se implementa un modelo de generador fotovoltaico que permite determinar la solución de estado estable tomando en consideración las condiciones ambientales. Los resultados de simulación obtenidos con este modelo de validan con mediciones reales de la instalación fotovoltaica de Santa Rosalía en Baja California Sur perteneciente a Comisión Federal Electricidad (CFE). El modelo del generador es implementado en el lenguaje de programación Python para permitir una interacción directa con PSS/E ya que éste no cuenta con un modelo propio para generadores fotovoltaicos.