Técnicas computacionales avanzadas aplicadas a la factibilidad y operación dinámica de sistemas de generación distribuida

Abstract

This thesis introduces the application of advanced computational techniques to the dynamic simulation and feasibility of distributed generation systems based on renewable energies. First, the application of forecasting techniques to the problem of determining the future behavior of water flow and wind speed time series is studied. Based on the obtained results, it is possible to determine the generation capacity of a mini-hydraulic plant or wind park, respectively. Then, the simulation tool "DGIS" (Distributed Generation Interactive Simulator) developed during this research is presented. This software allows the time domain simulation of distributed generation systems in a graphic and user friendly environment. The models of the main components of these systems were implemented in this software. In order to improve the computational efficiency of the simulations, four advanced computational techniques were applied, e.g. object oriented programming, parallel processing, and acceleration techniques for the fast computation of the steady-state solution of systems. Case studies showing the benefits of these computational techniques are presented. In addition, case studies of the real time dynamic operation of distributed generation systems under disturbance conditions are presented. The simulations were carried-out in a specialized station in real time simulations. Keywords: differential equations, distributed generation systems, dynamic operation, forecast techniques, limit cycle, modeling, object oriented programming, parallel processing, real time simulation, time series.

En esta tesis se presenta la aplicación de técnicas computacionales a la simulación dinámica y factibilidad de sistemas de generación distribuida basados en energías renovables. Primero se estudia la aplicación de técnicas de pronóstico al problema de la determinación del comportamiento futuro de una serie de tiempo, como lo son las series de tiempo de caudal y de velocidad de viento. En base a los resultados obtenidos es posible calcular la capacidad de generación que tendrá una planta mini-hidráulica o parque eólico, respectivamente. Después se presenta la herramienta computacional "DGIS" (por sus siglas en Inglés Distributed Generation Interactive Simulator), desarrollada durante el transcurso de esta investigación doctoral. Dicha herramienta permite la simulación en el dominio del tiempo de sistemas de generación distribuida en un ambiente gráfico y amigable. Dentro del programa se implementaron los modelos principales de componentes que se encuentran en este tipo de sistemas, además de tres técnicas computacionales de alto impacto que permiten incrementar la eficiencia de las simulaciones, las cuales son: Programación Orientada a Objetos, Procesamiento en Paralelo y Técnicas de Aceleración para encontrar el estado estacionario de un sistema. Se presentan casos de estudio que permiten observar los beneficios de la aplicación de estas técnicas. Adicionalmente se presenta casos de estudio de la operación dinámica en tiempo real de sistemas de generación distribuida cuando se encuentran sujetos a condiciones de disturbio. Las simulaciones son realizadas en una estación especializada en simulaciones en tiempo real.