Diseño e implementación de interfaz para control de elementos de sistemas distribución en arquitectura hardware-software (GridTeractions)

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

Diseño e implementación de interfaz para

control de elementos de sistemas distribución

en arquitectura Hardware-Software

(GridTeractions)

Natalia Avendaño Prieto

Tesis presentada como requisito para optar el título de Profesional en Ingeniería Electrónica

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

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Declaración de Autoría

1. Soy consciente que cualquier tipo de fraude en esta Tesis es considerado como una fal-ta grave en la Universidad. Al rmar, entregar y presenfal-tar esfal-ta propuesfal-ta de Tesis o Proyecto de Grado, doy expreso testimonio de que esta propuesta fue desarrollada de acuerdo con las normas establecidas por la Universidad. Del mismo modo, aseguro que no participé en ningún tipo de fraude y que en el trabajo se expresan debidamente los conceptos o ideas que son tomadas de otras fuentes.

2. Soy consciente de que el trabajo que realizaré incluirá ideas y conceptos del autor y el Asesor y podrá incluir material de cursos o trabajos anteriores realizados en la Univer-sidad y por lo tanto, daré el crédito correspondiente y utilizaré este material de acuerdo con las normas de derechos de autor. Así mismo, no haré publicaciones, informes, artícu-los o presentaciones en congresos, seminarios o conferencias sin la revisión o autorización expresa del Asesor, quien representará en este caso a la Universidad.

Firma:

Nombre: Natalia Avendaño Prieto Código: 201112745

C.C.: 1.020.788.232

Fecha: Junio 8, 2016

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Resumen

This document describes GridTeractions' new version, where it has three new elements (ge-nerator, energy storage system, electric vehicle). This version has a more complete platform with academic purpose, for testing and analyzing advanced distribution automation strategies on distribution systems. The elements and systems are modeled with the software OpenDSS and DSSim-PC, where it is possible to simulate systems in time series with phase domain results, order to the users can continuously evaluate the electrical elements variables. This paper includes the methodology used in this graduation project, GridTeractions' new version architecture, the new elements models, and implementation details and validation based in IEEE test feeders.

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Resumen

Este documento describe la nueva versión de GridTeractions, en el cual se agregaron tres nuevos elementos (generador, sistema de almacenamiento de energía, y vehículo eléctrico). Con esta versión se tiene una plataforma enfocada a la academia más completa, para realizar pruebas y análisis de estrategias de automatización avanzada en sistemas de distribución. Los elementos y sistemas son modelados a partir de las herramientas computacionales OpenDSS y DSSim-PC, en los cuales se puede realizar simulaciones del sistema en series del tiempo con resultados en el dominio fasorial, con el objetivo que los usuarios puedan evaluar continuamente las variables eléctricas de los elementos. Este documento incluye la metodología que se llevó a cabo para realizar este proyecto de grado, la arquitectura de la nueva versión de GridTeractions, modelo de los elementos agregados y detalles de la implementación y validación basado en casos de prueba IEEE.

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Agradecimientos

Le doy gracias a mi familia por todo el apoyo y las enseñanzas que me han brindado durante toda mi vida. A mis papas, Carlos Alfonso Avendaño Cruz y Martha Ligia Prieto Casella, les agradezco todo el esfuerzo y trabajo que hicieron para poder aportar a mis estudios, futuro, ayudarme a cumplir mis metas y por enseñarme a ser perseverante y luchar por mis sueños. A mi hermana Catalina por ser mi ejemplo a seguir y cultivar en mi la pasión sobre viajar y deportes extremos. A mi hermano Carlos Jose, que no se cansa de verme como su modelo a seguir, acción que me llena de valor para seguir adelante ante cualquier adversidad, de darme su conanza y todos los momentos que alegraste mi día. También, le quiero agradecer a mi tío Raul Avendaño, mi tía Luz Marina Ovalle y mi prima Carolina Avendaño, quienes fueron un apoyo incondicional durante mi vida universitaria y fomentaron mi pasantía de investigación en la Universidad de Cornell, la cual fue una de las experiencias más enriquecedoras que pude tener en mi vida universitaria y personal.

A mi asesor de proyecto, el profesor Gustavo Ramos, quién ha sabido guiarme con paciencia. A David Felipe Celeita, quien siempre estuvo atento y resolvió cualquier duda que tuve durante el desarrollo del proyecto. Por último, le quiero agradecer a mis compañeros de GridTeractions, quienes me ayudaron a resolver dudas y dicultades que se presentaron durante el desarrollo de este proyecto.

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Índice general

Declaración de Autoría i

Abstract ii

Agradecimientos iv

Índice de guras vii

Índice de tablas viii

Abreviaturas ix

1. Introducción 1

2. Denición del Problema 3

2.1. Objetivo General . . . 4

2.2. Objetivos Especícos . . . 4

2.3. Descripción de la Solución . . . 4

3. Marco Histórico y Teórico 6 3.1. Marco Histórico . . . 6

3.1.1. DSSim-PC . . . 6

3.1.2. GridTeractions . . . 7

3.2. Marco Teórico . . . 8

3.2.1. Modelo de Generador en OpenDSS-DSSim-PC . . . 8

3.2.2. Modelo de sistemas de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico en OpenDSS-DSSim-PC . . . 9

4. Metodología 11 5. Diseño del Sistema 13 5.1. Arquitectura . . . 13

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Índice general vi

5.1.1. Modelo de los Elementos . . . 14

5.1.2. Interfaz . . . 14

5.1.2.1. Interfaz del Servidor . . . 14

5.1.2.2. Interfaz del Cliente . . . 16

6. Resultados 18 6.1. Funcionamiento del Generador . . . 18

6.2. Funcionamiento sistema de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico . . . 20

7. Discusión y Conclusión 23 7.1. Discusión . . . 23

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Índice de guras

3.1. Arquitectura de GridTeractions [1] . . . 7

4.1. Metodología . . . 12

5.1. Interfaz del servidor . . . 15

5.2. Interfaz del Cliente . . . 15

5.3. Interfaz del cliente:(a) Tab del Generador (b) Tab del Sistema de Almacena-miento de Energía (c) Tab del Vehículo eléctrico . . . 17

6.1. Sistema IEEE 34 Nodos . . . 19

6.2. Resultados del Servidor a partir de cambios en el generador . . . 20

6.3. Storage-Example-Dssim . . . 21 6.4. Respuesta de potencia activa, reactiva, corriente y voltaje a partir de cambio

en el estado de:(a) Sistema de Almacenamiento de Energía (b) Vehículo eléctrico 22

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Índice de tablas

5.1. Parámetros que puede controlar el usuario . . . 14

6.1. Potencia activa, reactiva, aparente y factor de potencia del generador . . . 18

6.2. Voltajes del generador . . . 19

6.3. Corrientes del generador . . . 20

6.4. Potencia activa y reactiva en el sistema de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico . . . 21

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Abreviaturas

ADA Advanced Distribution Automation DER Distributed Energy Resources NTC Norma Técnica Colombiana

RETIE Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RT Real Time

RTUs Real Time Units

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

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Capítulo 1

Introducción

El sistema eléctrico depende fundamentalmente de la correcta operación de los sistemas de distribución y transmisión, los cuales son supervisados y controlados a partir de sistemas SCADA. Por medio de RTUs, los sistemas SCADA miden datos como el ujo de las líneas de transmisión, inyección de potencia y tensión en los buses del sistema; y así poder estimar los estados de la red eléctrica [2]. Con el objetivo de alcanzar un sistema de distribución más eciente y conable, durante los últimos años se ha buscado la integración de equipos y tecnologías modernas para la actual infraestructura, como energías renovables y generación distribuida. Debido a esto, es necesario tener en cuenta los sistemas ADA , la cual es una tecnología que permite el control remoto de un sistema eléctrico, la coordinación y operación de componentes de distribución en tiempo real desde lugares remotos [3].

Las redes inteligentes son sistemas de potencia que utilizan el máximo uso de un computador y tecnología de comunicación. De esta forma es posible mantener informado al usuario para que este tome decisiones sobre el comportamiento del consumo de energía. Adicionalmente, es posible tener una mayor efectividad, eciencia, conabilidad y calidad de potencia en el sistema eléctrico. Por medio de las redes inteligentes se permite la medición avanzada de la infraestructura del sistema eléctrico, el monitoreo y control del lado primario y secundario de un transformador de una subestación, entre otros. A partir de los sistemas de ADA y SCADA

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Capítulo 1. Introducción 2

los alimentadores de distribución son más ecientes y facilita la implementación de elementos de generación distribuida [4].

En los sistemas de distribución los DER, como la generación distribuida, los sistemas de almacenamiento de energía y las cargas, hacen parte de una microred. Las microredes deben ser capaces de operar en paralelo a la red, y así poder controlar el voltaje y la frecuencia del sistema para poder proteger los equipos conectados a éste [5]. Las microredes son capaces de importar y exportar energía de forma exible desde y hacia la red a partir de los distintos tipos de DER [6]. Adicionalmente, por medio de las microredes se mejoran los parámetros de calidad de la potencia, dado que ésta puede desconectarse durante perturbaciones en la red y seguir operando de forma autónoma. [7].

Debido al gran potencial que tienen las microredes y las redes inteligentes en el sistema de distribución, se han desarrollado e implementado modelos de microredes más pequeños para propósitos académicos [1]. En Colombia, no existen técnicas, normas o deniciones legales sobre la construcción o mantenimiento de microredes. Sin embargo, en la NTC y RETIE se pueden encontrar requerimientos técnicos para la instalación de paneles fotovoltaicos y sistemas de almacenamiento de energía [6]. Por lo tanto, existen muy pocos estudios sobre microredes en el país [6, 8, 9] y las herramientas y plataformas disponibles no poseen una interfaz en el cual haya interacción entre el usuario y la simulación con el objetivo de entender varios conceptos sobre las microredes [1].

En este documento, se presenta una nueva versión de la plataforma GridTeractions, en la cual se pueden realizar simulaciones para sistemas de distribución y controlar componentes eléctricos de forma remota y distribuida, para propósitos académicos. En las siguientes secciones se describe de forma detallada el contexto del problema (Capítulo 2), marco histórico y teórico (Capítulo 3), metodología (Capítulo 4), diseño del sistema (Capítulo 5), resultados (Capítulo 6), discusión y conclusiones (Capítulo 7).

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Capítulo 2

Denición del Problema

A partir de los avances tecnológicos en los sistemas de distribución ha sido necesario moder-nizar las tecnologías de aprendizaje para un mejor entendimiento de las redes inteligentes y microredes. Actualmente, no existen herramientas de bajo costo en el que sea posible realizar una simulación de sistemas de distribución en tiempo real y además que sea amigable con el usuario. Adicionalmente, existen pocas herramientas educativas en el que se realicen simula-ciones de sistemas de distribución en RT y sean escalables a múltiples usuarios y elementos.

Las redes inteligentes combinan la red eléctrica tradicional, tecnolgías de comunicación emer-gentes, dispositivos eléctricos y energías renovables para poder satisfacer el aumento de la demanda energética. En un futuro las redes inteligentes tendran un icnremento en la inte-gración de aplicaciones y tecnologías que contribuiran a la operación, planeamiento y control del sistema de potencia. Por lo tanto, es necesario realizar un estudio del comportamiento y desempeño de las aplicaciones en alguna herramienta o plataforma computacional antes de implementarlas en el sistema real, con el objetivo de evitar costos operacionales y de riesgo [10].

La simulación en RT consiste en un gran número de calculadoras o computadores que trabajan de forma paralela, para simular numericamente una red, la cual esta construida virtualmen-te en una invirtualmen-terfaz hardware-software [11]. Actualmenvirtualmen-te, en la industria se puede encontrar

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Capítulo 2. Denición del Problema 4

plataformas computacionales sosticadas donde es posible simular escenarios complejos, co-mo sistemas de distribución con miles de usuarios y dispositivos de automatización [1]. Para aplicaciones de bajo costo y educativas hay mayor restricción con la cantidad de usuarios. En cuanto a la academia, en la literatura se puede encontrar varias alternativas de simulación en tiempo real como se puede observar en [1215].

2.1. Objetivo General

Diseñar e implementar el modelo del generador, sistema de almacenamiento de energía, y vehículo eléctrico en la interfaz de GridTeractions, para poder simular y controlar en tiempo real sistemas de distribución que tengan estos elementos.

2.2. Objetivos Especícos

1. Consulta bibliográca de los modelos implementados para generadores, almacenamiento de energía vehículo eléctrico en OpenDSS y DSSim-PC.

2. Implementar el modelo de generadores, sistemas de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico en Java para el servidor de la plataforma de GridTeractions.

3. Implementar el modelo de generadores, sistemas de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico en Java para cliente de la plataforma de GridTeractions.

4. Validar las características de operación del generador, sistema almacenamiento de energía y vehículo eléctrico de DSSim-PC en la Raspberry-PI sobre la plataforma GridTeractions. 5. Realizar una prueba del funcionamiento de los elementos implementados en un caso de

estudio para sistemas de distribución.

2.3. Descripción de la Solución

Con la plataforma de GridTeractions, múltiples usuarios tienen la posibilidad de interactuar con la simulación de un sistema en especíco. Donde cada cliente puede modicar los paráme-tros de los distintos elementos que se encuentran en el sistema, como el generador, sistema de

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Capítulo 2. Denición del Problema 5

almacenamiento de energía y vehículo eléctrico, para así observar el efecto que tienen dichos cambios de cada elemento sobre el sistema eléctrico y el mismo elemento.

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Capítulo 3

Marco Histórico y Teórico

3.1. Marco Histórico

3.1.1. DSSim-PC

DSSim-PC [16] es un simulador gráco para sistemas de distribución, el cual esta basado y es la interfaz gráca del software de EPRI (OpenDSS) [17]. OpenDSS es un software diseñado para soportar la mayoría de los tipos de energía asociados a la interconexión de generación distribuida y obtiene resultados continuos de ujo de potencia en el dominio fasorial [17].

Adicionalmente, con ambos softwares es posible realizar co-simulación con programas como MATLAB, Python, VC++, Java y LabView, NS-2(The Network Simulator), OPNET, entre otros. La co-simulación es una técnica donde dos simuladores diferentes se combinan para crear un sistema colaborativo, en donde se comparten e intercambian datos entre los dos simuladores [18], como DSSim-PC, el cual es la simulacion entre OpenDSS y LabVIEW. Se realiza la co-simulación entre OpenDSS o DSSim-PC y otras herramientas computacionales para resolver el ujo de potencia, localización de fallas, monitorear y controlar carácteristicas especícas en un sistema,entre otros, como se puede observar en [3, 1822]

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Capítulo 3. Marco Histórico y Teórico 7

3.1.2. GridTeractions

GridTeractions es una plataforma de simulación para sistemas de distribución elaborada por estudiantes de pregrado de la universidad de los andes de ingeniería eléctrica (Christian Zam-brano y César Trujillo). La plataforma permite el control de componentes eléctricos de forma remota y distribuida basados en una multiplataforma escalable. La arquitectura del sistema tiene un servidor y múltiples clientes, los cuales se comunican por medio de un protocolo TCP/IP por medio de LAN. En la gura 3.1 se puede observar de forma más detallada la arquitectura de GridTeractions [1].

Dado que esta plataforma depende del software OpenDSS, el desarrollo de este proyecto de grado se realizó en base a los modelos implementados en OpenDSS. Adicionalmente, el servidor de esta plataforma usa la herramienta computacional DSSim-PC [1].

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3.2. Marco Teórico

3.2.1. Modelo de Generador en OpenDSS-DSSim-PC

Un generador es un elemento de conversión de potencia, en el cual sus medidas son denidas por su potencia nominal (kW) y factor de potencia (PF), o la potencia activa (kW) y reactiva (kvar). Adicionalmente, estos parámetros se pueden modicar al incluir un perl anual y/o diario de carga, o un perl de trabajo de carga [23].

En el software de OpenDSS si el valor de despacho (parámetro DispValue) es 0, el generador sigue a la curva de carga designada. Si este parámetro es mayor a 0 entonces el generador solo se enciende cuando el multiplicador de carga del circuito global excede el valor de este pará-metro. Adicionalmente, si se desea modelar un generador que esté completamente encendido sin importar lo que este despachando, se le asigna el estado del generador jo (Status=xed); por default este estado se encuentra variable [23].

En este software se encuentran 7 modelos de generadores para simulaciones de ujo de potencia [23]:

1. Potencia activa (P) y reactiva (Q) constantes 2. Impedancia (Z) constante (solución aproximada). 3. Magnitud del voltaje (|V|) y P constante.

4. P constante, Q ja. P sigue el valor de despacho y Q siempre es el mismo. 5. P constante, reactancia ja.

6. Modelo hecho por el usuario.

7. Potencia activa constante con corriente limitada, Q modelado (como algunos inversores)

Por último, los generadores por default se encuentran balanceados de acuerdo a la cantidad de fases especicadas, si se desea desbalancear, se recomienda ingresar varios generadores monofásicos [23].

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3.2.2. Modelo de sistemas de almacenamiento de energía y vehículo eléc-trico en OpenDSS-DSSim-PC

El elemento de almacenamiento de energía en OpenDSS, es esencialmente un generador que puede producir energía (estado de descarga) o consumir energía (estado de carga) teniendo en cuenta su potencia nominal y su capacidad de almacenamiento de energía. En este elemento se ja el estado del almacenador de energía en inactivo, carga o descarga para computar el ujo de carga para cada estado en especíco. En adición, solo habrá descarga de la bate-ría si el nivel de carga presente (Potencia almacenada (kWStored) o porcentaje almacenado ( %Stored)) es mayor que el nivel de reserva especicado ( %reserve). Por otro lado, el elemento se cargara cuando el valor de kWStored es menor a la potencia por hora nominal (kWhRated). La velocidad de carga y descarga se pueden especicar con el valor del parámetro %Charge y %Discharge respectivamente [23].

En cuanto a los modelos de simulación, en este elemento se soporta por día, año y ciclo de trabajo. Se utiliza la simulación diaria o anual para ver de forma general problemas de energía en un periodo de tiempo entre minutos y horas. El ciclo de trabajo se utiliza fundamentalmente para el estudio de la efectividad de la batería para compensar las variaciones de energía a corto plazo, como suele suceder con las energías renovables [23].

Adicionalmente, este elemento puede producir o absorber potencia reactiva dentro de la capaci-dad de potencia aparente (kVA) del inversor aun cuando el elemento se encuentra desactivado; dado que el controlador de la batería requiere cierta cantidad de potencia reactiva y ésta se lo provee si el inversor tiene capacidad de sobra [23].

Por último, en OpenDSS se denen 3 modelos para este elemento [23]:

1. El elemento de almacenamiento inyecta potencia activa constante a un factor de potencia especíco.

2. El elemento de almacenamiento se modela como una admitancia constante. 3. Computa la inyección de carga a partir del modelo escrito por el usuario.

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Para el modelo del vehículo eléctrico se utilizó el mismo que el de la batería, dado que éste se modela como una batería en DSSim-PC.

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Capítulo 4

Metodología

En la gura 4.1 se puede observar la metodología que se llevó a cabo para el desarrollo de este proyecto de grado. La programación de cada elemento se desarrolló de forma paralela para el cliente y servidor.

Como se puede observar el primer paso fue familiarizarse con cada elemento en el software OpenDSS y DSSim-PC; donde se identicaron las propiedades principales de cada elemento. A partir de esto se seleccionaron los parámetros que tienen algún impacto sobre cada elemento, es decir, si al modicar dicho parámetro cambiaba propiedades del sistema o del elemento. Adi-cionalmente, se identicaron los comandos de OpenDSS necesarios para conocer y transmitir la información de cada elemento a la plataforma de GridTeractions.

Después de tener un conocimiento detallado del modelo de cada elemento, se prosiguió a programar cada elemento en la plataforma de servidor y cliente de forma paralela, teniendo en cuenta la correcta sincronización y conexión del servidor y cliente. Por último, a partir de la correcta conexión entre servidor y cliente, se verica que el servidor le envíe al cliente y viceversa (en caso que el cliente modique un parámetro) las características correspondientes de cada elemento por medio de un caso de estudio.

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Capítulo 4. Metodología 12

Inicio

Familiarización con los elementos en el software OpenDSS y

DSSim-PC Programación del Cliente Programación del Servidor Generador, sistema de almacenamiento de enérgia y vehículo

eléctrico

Implementación y prueba de conexión

entre servidor y cliente

Validación de características en la

plataforma GridTeractions

Validación del funcionamiento en un caso de estudio

Fin

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Capítulo 5

Diseño del Sistema

5.1. Arquitectura

La arquitectura del GridTeractions consiste en un único servidor y múltiples clientes. El cliente y el servidor se comunican por medio de un protocolo TCP/IP por medio de LAN [1].

GridTeractions depende de los softwares OpenDSS y DSSim-PC; por lo tanto, el desarrollo de esta plataforma se realizó en base a los modelos implementados en OpenDSS y DSSim-PC [1].

El servidor se implementará sobre un computador dedicado para tal n; el cual contará con características de memoria y procesamiento adecuado para soportar el software desarrollado. Cada cliente se encuentra programado en la Raspberry PI 2. El servidor y el cliente de Grid-Teractions se implementaron en lenguaje de programación Java, incluyendo un administrador TCP. Para estructurar la jerarquía del programa se tuvo en cuenta el lenguaje gráco UML.

Para la comunicación entre servidor y clientes se utilizó el protocolo TCP/IP por medio de una red local Ethernet [1]. Por lo tanto, el servidor tendrá una IP ja para que los clientes puedan conectarse al centro de control de manera satisfactoria y acceder a toda la información disponible del sistema eléctrico que se esta estudiando.

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Capítulo 5. Diseño del Sistema 14

5.1.1. Modelo de los Elementos

La plataforma de GridTeractions tiene 13 elementos, como generadores, transformadores, car-gas, vehículo eléctricos, baterías, entre otros, los cuales pueden ser modicados por los usuarios desde la Raspberry Pi 2. Los elementos que el usuario desee controlar se mostraran en la pla-taforma del servidor y cliente.

Todos los elementos en GridTeractions tienen asociado 9 parámetros principales (nombre, tipo, nodo, estado, voltajes y corrientes trifásicas, potencia activa y reactiva y factor de potencia). El cliente dependiendo del elemento que desee controlar, puede modicar distintos parámetros. En la Tabla 5.1 se puede observar los parámetros que se pueden modicar en los tres elementos que se agregaron a GridTeractions.

Tabla 5.1: Parámetros que puede controlar el usuario

Elemento Parámetros

Generador Potencia activa, reactiva y aparente, factor de potencia, estado, voltaje, reactancia sincrónica, transitoria y subtransitoria

Sistema de Almacenamiento de Energía y Vehículo Eléctri-co

Potencia activa, reactiva y aparente, factor de potencia, estado, voltaje, porcentaje de carga, descarga, eciencia de carga y descarga, canti-dad almacenada, reserva, equivalente porcentual de la resistencia y reactancia interna, capacidad nominal de almacenamiento.

5.1.2. Interfaz

5.1.2.1. Interfaz del Servidor

En la interfaz del servidor se muestra la información de comunicación con el cliente, como la dirección IP y el puerto, un panel con la cantidad de clientes conectados y los elementos que cada cliente esta controlando; adicionalmente, se tiene un panel que muestra las cuatro gracas de voltaje, corrientes, potencia activa y reactiva de los elementos agregados a la plataforma.

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Figura 5.1: Interfaz del servidor

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5.1.2.2. Interfaz del Cliente

La interfaz en la Raspberry Pi del cliente se organiza con tabs, los cuales le permiten al usuario la interacción con los distintos elementos que se encuentra en el sistema. En el primer tab, el usuario puede observar la información de comunicación con el servidor, como la dirección IP, el puerto y el ID asociado. Además, se puede observar un árbol de clasicación de cada elemento que tiene GridTeractions y la cantidad de elementos que tiene el usuario asociado a la plataforma.

La interfaz del cliente tiene un tab para cada elemento que el usuario desea controlar, donde cada tab se muestra la información especíca de cada elemento, como potencia activa, reactiva, corrientes, voltajes, entre otros, además de encuentra un botón para agregar nuevos elementos y modicar parámetros de un elemento agregado, de acuerdo a la tabla 5.1.

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(a)

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Capítulo 6

Resultados

Para probar la metodología y el correcto funcionamiento de los nuevos elementos agregados a la plataforma de GridTeractions, se plantearon dos casos de estudio.

6.1. Funcionamiento del Generador

Para probar el funcionamiento del generador, se utilizó el sistema IEEE34Nodes y se cambió el factor de potencia de un generador (wg_2) del sistema (gura 6.1).

Tabla 6.1: Potencia activa, reactiva, aparente y factor de potencia del generador

Caso Factor de_Potencia Potencia Activa_[kW] Potencia Reactiva_[kVAr] Potencia Aparente_[kVA]

1 1 -333.33 -0.0027107 5000

2 0.9 -333.37 -47.466 5000

3 0.8 -333.37 -115.44 5000

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Capítulo 6. Resultados 19

Figura 6.1: Sistema IEEE 34 Nodos

En la tabla 6.1 se puede observar el factor de potencia que se cambió en el generador. Se observa que la potencia activa y aparente se mantiene igual, mientras que la reactiva aumenta a medida que se disminuye el factor de potencia. En la tabla 6.2 y 6.3 se observa los voltajes y las corrientes de cada fase del generador respectivamente. Se puede observar que a partir de los cambios realizados en la plataforma de GridTeractions, el cambio de la magnitud del voltaje en el generador es despreciable; sin embargo la corriente es inversamente proporcional al factor de potencia, dado que esta aumenta a medida que el factor de potencia disminuye. Dado que el generador esta en el modelo 3, la magnitud de voltaje y la potencia activa no cambiara a medida que se varien los otros parámetros, como se explico en el cápitulo 3.

Tabla 6.2: Voltajes del generador

Caso A Voltaje [V]B C

Magnitud Fase Magnitud Fase Magnitud Fase 1 409.53 1.2 407.92 -119.3 406.95 121.3 2 406.22 1.6 405.07 -118.9 404.06 121.7 3 406.26 1.6 405 -118.9 404.09 121.7

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Tabla 6.3: Corrientes del generador

Caso A Corriente [A]B C

Magnitud Fase Magnitud Fase Magnitud Fase 1 823.62 -178.7 827.18 60.6 827.55 -59 2 843.95 173.8 846.69 53.0 847.17 -66.5 3 884.05 162.8 887,3 42 887.52 -77.5

En la gura 6.2 se puede observar el cambio de las corrientes y la potencia reactiva a partir de la variación del factor de potencia.

Figura 6.2: Resultados del Servidor a partir de cambios en el generador

6.2. Funcionamiento sistema de almacenamiento de energía y

vehículo eléctrico

Para probar el funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico, se utilizó el ejemplo de DSSim-PC(Storage-Example-DSSim, gura 6.3), y se cambió el estado de los elementos (carga, descarga, inactivo) en la plataforma de GridTeractions. En la tabla 6.4 se puede observar el ujo de potencia en cada elemento a partir de los cambios realizados.

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Figura 6.3: Storage-Example-Dssim

Tabla 6.4: Potencia activa y reactiva en el sistema de almacenamiento de energía y vehículo eléctrico

Sistema de almacenamiento

de energía

Vehículo eléctrico

Estado P[kW] Q[kVar] P[kW] Q[kVAr] Inactivo 0.12478 1.07368E-06 0.083113 0 Descarga -12.49959 0.00125 -2.56967 -1.8478E-05

Carga 12.49927 -0.00170 2.56096 -6.9996E-05

En la tabla 6.4 se puede apreciar que cuando la batería o el vehículo eléctrico se encuentra inactivo, consume muy poca pontencia activa y reactiva; en el estado de descarga, los elementos no consumen energía sino que se la transmiten al sistema; y por último en el estado de carga, los elementos consumen potencia activa y muy poca potencia reactiva.

En la gura 6.4, se puede observar el cambio de la potencia activa, reactiva, corriente y voltaje a parte del cambio del estado en el sistema de almacenamiento de energía (6.4(a)) y el vehículo eléctrico (6.4(b)). Donde el sistema de almacenamiento de energía comienza en un estado inactivo, luego se descarga, y por último comienza a cargarse. Con respecto al vehículo eléctrico, éste comienza cargandose, luego se descarga y por último queda en estado inactivo. En ambos casos se observa que el cambio del estado no varia el voltaje. Adicionalmente, si

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elementos. Por otro lado, si los elementos están en estado de carga o descarga, la corriente consumida o inyectada es la misma.

(a)

(b)

Figura 6.4: Respuesta de potencia activa, reactiva, corriente y voltaje a partir de cambio en el estado de:(a) Sistema de Almacenamiento de Energía (b) Vehículo eléctrico

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Capítulo 7

Discusión y Conclusión

7.1. Discusión

En [1] se puede observar la arquitectura de la primera versión de GridTeractions. En la primera versión, el servidor se encontraba programado en el lenguaje de programación LabView y su interfaz estaba en la CompactRIO. En cuanto al cliente, se tienen las mismas características en ambas versiones. El cambio de la plataforma del servidor a lenguaje de Java en un computador con buenas características de memoria y procesamiento, fue debido a que en la plataforma de LabView se tenian restricciones para la lectura y procesamiento de información de los elementos.

Con este proyecto de grado se logró diseñar e implementar el modelo del generador, sistema de almacenamiento de energía, y vehículo eléctrico en la interfaz de GridTeractions. La imple-mentación del modelo del generador en la plataforma estuvo limitado debido a restricciones en el software DSSim-PC.

Al implementar estos tres elementos en la plataforma, se logra simular y controlar en tiempo real sistemas de distribución que tengan estos elementos. Por último, fue posible validar la correcta operación del generador, sistema almacenamiento de energía y vehículo eléctrico de DSSim-PC sobre la plataforma GridTeractions, por medio de dos casos de estudio presentados

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Capítulo 7. Discusión y Conclusión 24

7.2. Conclusión y Trabajo Futuro

En este proyecto de grado se implementó el modelo del generador, sistema de almacena-miento de energía y vehículo eléctrico en la plataforma de GridTeractions, por medio de la co-simulación de los programas OpenDss y Dssim-PC con Java. Al agregar estos elementos a la plataforma, se le da la oportunidad al usuario de simular y controlar en tiempo real sistemas de distribución que tengan estos elementos

Adicionalmente, al añadir estos elementos a la plataforma de GridTeractions hace que ésta sea más completa. Con esta nueva versión es posible realizar simulaciones en tiempo real y probar algoritmos de automatización avanzada aplicados a sistemas de distribución. Además, se logró tener una plataforma altamente escalable, robústa y de bajo costo, con un enfoque educativo

Para trabajo futuro se incluirá un modelo más completo del generador y se agregará el modelo del generador eólico. Asimismo, se deben incluir noticaciones de alerta para que cada usuario tenga más información sobre modicaciones realizadas por otros clientes en el sistema.

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Bibliografía

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