Analisis de una estrategia de protección de micro-redes basada en la aplicacion de componentes superpuestas y la energía reactiva superpuesta

dc.contributor.advisor Herrera Orozco, Andrés Ricardo
dc.contributor.advisor Juan José , Mora Florez
dc.contributor.author Andrés Vladimir Luna Muñoz
dc.date.accessioned 2023-01-20T22:25:33Z
dc.date.available 2023-01-20T22:25:33Z
dc.date.issued 2022
dc.description.abstract El aumento en el uso de fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER), como la energía solar y eólica, trae un cambio en las redes de distribución tradicionales, evolucionando hacia micro-redes (MG - Microgrid). La MG, además de facilitar la disponibilidad de energía a lugares de difícil acceso, brindan soporte y continuidad de suministro, ya que pueden operar conectadas a la red principal o en modo aislado. Sin embargo, las MG traen consigo nuevos retos, tanto a nivel de control, operación y protección de las mismas. Este trabajo se concentra en los desafíos de las protecciones. Desde el punto de vista de las protecciones, los problemas están asociados a los cambios en la magnitud de la corriente de cortocircuito, que será distinta en los dos modos de operación de la MG. Estos modos de operación cambian de acuerdo con la conexión o desconexión de las FNCER a la red. También, el flujo de potencia en la MG será bidireccional, debido a las diferentes fuentes de generación contenidas en la MG. En este contexto, en este trabajo se analiza una estrategia de protección de MG que usa las componentes superpuestas, las cuales se aplican para detectar e identificar la zona en falla. Adicionalmente, el esquema aprovecha las características de los coeficientes de energía reactiva superpuesta, para detectar la direccionalidad independientemente del modo que esté operando la MG y del tipo de falla. La estrategia de protección es validada en el alimentador de prueba IEEE de 34 barras. Los resultados muestran una adecuada operación del esquema de protección analizado, resaltando el potencial del esquema para la aplicación en contextos reales. Finalmente, como trabajo futuro, se propone mejorar el esquema eliminando la comunicación entre los relés de la zona principal y el relé de la zona de respaldo para obtener una estrategia de protecciones más económica. spa
dc.description.abstract The increase in the use of unconventional sources of renewable energy (FNCER), such as solar and wind energy, brings a change in traditional distribution networks, evolving to microgrids (MG). The MG, in addition to facilitating energy availability to places of difficult access, provides support and continuity of supply, since they can operate connected to the main network or in isolated mode. However, the MG bring new challenges, both at the level of control, operation and protection of them. This work is concentrated in the challenges of protections. From the point of view of the protections, the problems are associated with the changes in the magnitude of the short circuit current, which will be different in the two modes of operation of the MG. These modes of operation change according to the connection or disconnection of the FNCER to the network. Also, the power flow in the MG will be bidirectional, due to the different generation sources contained in the MG. In this context, in this work an MG protection strategy is analyzed that uses superimposed components, which are applied to detect and identify the area in failure. Additionally, the scheme takes advantage of the characteristics of superimposed reactive energy coefficients, to detect directionality regardless of the operation mode and type of failure that happens in the MG. The protection strategy is validated in the test feeder IEEE 34-bus. The results show an adequate operation of the analyzed protection scheme, highlighting the potential of the scheme for the application in real contexts. Finally, as a future work, it is proposed to improve the scheme by eliminating communication between the relays of the main zone and the relay of the backup zone to obtain a more economical protection strategy. eng
dc.description.degreelevel Pregrado
dc.description.degreename Ingeniero(a) Electricista
dc.description.tableofcontents Tabla de contenido 1 Introduccion´ 11 1.1 Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 Justificacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 12 1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.1 Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.2 Objetivos espec´ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4 Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2 Aspectos teoricos 16 ´ 2.1 Micro-redes y generacion distribuida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 16 2.2 Componentes superpuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1 Componentes superpuestas en Filtros Delta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3 Transformada rapida de Fourier (FFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 18 2.4 Componentes de secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.5 Desequilibrio del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.6 Transformada de Hilbert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3 Metodolog´ıa propuesta 20 3.1 Etapa 1: Consideraciones iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1 Estudio de fallas y senales de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˜ 21 3.1.2 Senales superpuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˜ 21 3.2 Etapa 2: Unidad de deteccion de fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 22 3.2.1 Componentes de corriente superpuestas y previas a la falla . . . . . . . . . . . 22 3.2.2 Transformada rapida de Fourier y componentes de secuencia de corriente su- ´ perpuesta y previas a la falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2.3 Relacion de falla ´ FR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.4 Desequilibrio del sistema Rn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.5 Relacion de falla con desequilibrio del sistema ´ RFD . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.3 Etapa 3: Unidad de direccion y clasificaci ´ on de fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 27 3.3.1 Transformada de Hilbert en senales superpuestas . . . . . . . . . . . . . . . . ˜ 28 3.3.2 Potencia y energ´ıa reactiva superpuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3.3 Coeficientes de energ´ıa reactiva superpuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3.4 Direccionalidad a trav´es de los coeficientes Kq de energ´ıa reactiva superpuesta 29 3.3.5 Clasificacion de falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 29 3.4 Etapa 4: Unidad de identificacion de zona de falla y disparo . . . . . . . . . . . . . . ´ 29 3.4.1 Identificacion de zona en falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 29 3.4.2 Unidad de disparo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5 TABLA DE CONTENIDO 4 Pruebas y analisis de resultados 32 ´ 4.1 Red de prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.2 Estudio de fallas con estados operativos de la micro-red . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3 Umbrales de unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4 Secciones de micro-red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4.1 Comunicacion y zonas de protecci ´ on del rel ´ ´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.5 Resultados obtenidos y analisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 35 4.5.1 Operacion conectado a la red principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 35 4.5.2 Operacion en isla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 40 4.5.3 Operacion con salida de una fuente de generaci ´ on distribuida . . . . . . . . . ´ 44 5 Conclusiones y trabajos futuros 50 5.1 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.2 Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 spa
dc.format.extent 54 Páginas
dc.format.mimetype application/pdf
dc.identifier.instname Universidad Tecnológica de Pereira
dc.identifier.reponame Repositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereira
dc.identifier.repourl https://repositorio.utp.edu.co/home
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/11059/14436
dc.language.iso spa
dc.publisher Universidad Tecnológica de Pereira
dc.publisher.faculty Facultad de Ingenierías
dc.publisher.place Pereira
dc.publisher.program Ingeniería Eléctrica
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dc.rights Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de spa
dc.rights.accessrights info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.license Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.uri https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc 620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
dc.subject.lemb Potencia reactiva (Ingenieria electrica)
dc.subject.lemb Maquinaria electrica - Corriente alterna
dc.subject.lemb Electricidad - Dispositivos de distribución
dc.subject.proposal Componentes superpuestas spa
dc.subject.proposal Energia reactiva spa
dc.subject.proposal Generación distribuida spa
dc.subject.proposal Relés spa
dc.title Analisis de una estrategia de protección de micro-redes basada en la aplicacion de componentes superpuestas y la energía reactiva superpuesta spa
dc.type Trabajo de grado - Pregrado
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dc.type.content Text
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