En una μred pueden coexistir varias DER conectadas a un bus y diferentes ESS que alimentan
una o varias cargas. El objetivo del control debería ser el de suministrar la energía que
necesiten las cargas utilizando las DER y los ESS de forma eficiente y confiable en todo tipo
de situaciones, tanto en condiciones normales de funcionamiento como en condiciones de fallos
de cualquier tipo en la μred. Por otra parte, en el caso de μredes conectadas a la red general
de distribución y dado el carácter reversible de éstas, hay que controlar el flujo de energía
entre la red general de distribución y la μred. También, teniendo en cuenta los ESS disponibles
en la μred, se puede pretender controlar cuando comprar y vender energía a la red general. Este
control no solo involucra a las DER y los ESS sino también a las cargas gestionables que formen
parte de la μred, como las cargas termostáticamente controlables (thermostatically control loads,
TCL) o los vehículos eléctricos (electric vehicles EV), que pueden usarse como ESS cuando estén
conectados a la μred.
CONTROL DE LA μRED
Para controlar y operar una μred de forma segura y eficiente es necesario el correspondiente
sistema de comunicaciones y se pueden encontrar diferentes estrategias de control:
- Control local. En el control local, cada convertidor asociado a cada DER debe ajustarse, en
general, para maximizar la potencia suministrada a la μred, manteniendo una tensión constante
a la salida. Esto puede comprender en el caso de DER como PV, estrategias de control del tipo
Seguimiento del Punto de Máxima Potencia, y para ESS hay estrategias del tipo estimación del
estado de carga. En el caso de DER, la estrategia local más extendida es Drop Control, control
de caída, que se implementa para que varias DER puedan trabajar en paralelo repartiéndose la
carga de forma proporcional. Esta estrategia no da buenos resultados en redes que contengan,
además de DER, ESS, caso en el que hay que acudir a un control coordinado que contemple, además,
la gestión de la demanda mediante las TCR y los EV.
- Control coordinado. En este caso se necesitará que los diferentes dispositivos, DER, ESS,
cargas, mantengan algún canal de comunicaciones entre sí. El control a este nivel permite
eliminar problemas surgidos por la diferencia entre energía generada por cada DER, así como los
problemas de intermitencia de generación que presentan algunas de ellas. permite tener un control
secundario y terciario que servirán para la optimización en tiempo real, despacho económico de
unidades de generación, y cambio a voluntad del modo de funcionamiento entre isla y conectado al
sistema de potencia (power system PS). Por tanto, se consigue una adecuada gestión económica
de las μredes, además de una mejora en la fiabilidad del suministro y la adaptación a fallos
dentro o fuera de la μred. Dependiendo de cómo se conecten y comuniquen los diferentes
convertidores de la μred, se pueden encontrar diferentes estrategias de control:
o Control descentralizado
o Control centralizado.
o Control distribuido.
Con respecto al control centralizado, el sistema de comunicaciones recoge las señales de los
dispositivos, las traslada a una unidad central que las procesa y envía comandos de actuación a
los convertidores, a través del sistema de comunicaciones. El control puede ser jerárquico por
capas. Normalmente se implementan 3 capas. En la capa primaria, control primario, se realiza el
control a nivel local mediante controladores locales. En una segunda capa, control secundario,
habrá un control central que permite tanto pasar del modo de funcionamiento conectado a red al
modo de funcionamiento en isla, como establecer puntos de consigna para los controladores locales.
En capas superiores, normalmente en el control terciario, se impondrán condiciones de
funcionamiento del sistema para garantizar la fiabilidad del mismo, el funcionamiento en el punto
óptimo de operación, la gestión de los ESS, la gestión de funcionamiento de las DER, la gestión
económica de la μred, etc.
El sistema de comunicaciones es, por tanto, esencial. Los distintos componentes de la μred
deben intercambiar información entre sí para actuar de forma coordinada. También es necesario
conectar la μred con el PS para determinar el momento de desconexión/reconexión. Además de
contar con un sistema de monitorización adecuado, el sistema de comunicaciones debe estar apoyado
por el uso sensores y actuadores inteligentes en los distintos elementos de la μred. El uso de un
sistema con estas características, permite ahorrar energía, reducir costes y aumentar la
fiabilidad de la μred, además de facilitar al operador de la μred la toma de decisiones en cuanto
a la venta de energía producida por la μred o el funcionamiento voluntario en modo isla. Si la
μred involucra diferentes redes de datos, se plantea un problema importante a la hora de
intercomunicarlas porque cada una de ellas tiene sus propios protocolos de comunicaciones, sin
olvidar los problemas de ciberseguridad y de protección de datos.
A.2) GESTIÓN DE LA DEMANDA
En los últimos años, la comunidad investigadora está incorporando trabajos relevantes sobe
métodos de gestión y optimización de la demanda sin afectar la operación normal de las cargas
ni el confort del usuario final. Se han formulado programas de manejo colectivo de cargas, que
compensen las deficiencias de las DER y mantengan el equilibrio oferta-demanda.
Las cargas de refrigeración y calefacción representan el mayor consumo anual de electricidad
del sector residencial, con la mayoría de las cargas eléctricas formadas por TCL. Básicamente,
todas las unidades de refrigeración / calefacción son TCL que comprenden un transductor de
temperatura, un termostato y otros dispositivos como compresor, condensador, etc. En general,
los termostatos funcionan pasando de los estados ON a OFF y viceversa. El tiempo de encendido
implica consumo y el de apagado, inactividad. Por tanto, un algoritmo de gestión de estas cargas
establecerá los ciclos de conmutación con el objetivo de adaptar la demanda a la oferta de
generación o con otros objetivos más ambiciosos que imponga el operador del sistema de potencia
(power system operator PSO) en el control del mismo.
Entre las publicaciones que se encuentran en la literatura técnica recopilan datos
experimentales para cuantificar la flexibilidad de las TCL domésticas al adelantar o retrasar sus
tiempos de operación.
Con respecto al manejo de una gran población de TCL, se han utilizado ampliamente los modelos
agregados.
A.3) LA CALIDAD DEL SUMINISTRO ELÉCTRICO
Otra disciplina a tener en cuenta en la gestión de las μredes es la EPQ. En efecto, el
desarrollo que los dispositivos electrónicos de potencia han experimentado durante los últimos
años ha llevado a una amplia difusión de cargas no lineales, tiempo-variantes tanto en
aplicaciones domésticas de baja potencia, como en aplicaciones industriales. Esto ha propiciado
el aumento de la distorsión y las perturbaciones en las formas de onda de tensión e intensidad,
que producen efectos perjudiciales tanto en los equipos de las empresas de suministro como en
aquellos otros de los consumidores eléctricos. Todos esos fenómenos son responsables del deterioro
de la calidad de la potencia, que compromete la calidad tanto a nivel de suministro como de
consumo. De hecho, debido a la naturaleza del PS, la calidad de la intensidad consumida por
las cargas de los usuarios afecta a las características de la tensión suministrada por las
compañías y la calidad de la tensión de suministro afecta a la intensidad consumida por el usuario.
Generalmente, ni uno ni otro es completamente responsable de las perturbaciones en la intensidad
o en la tensión de suministro. Este problema se ve además agravado por la evolución ya mencionada
a un sistema de generación descentralizada, ya que la conexión a red de las instalaciones de
energía renovable se realiza en muchos casos a través de equipos electrónicos de potencia.
En este nuevo contexto de distorsión y desequilibrio crecientes en la red, se constata incluso
un problema de facturación. Las actuales tarifas están basadas en los conceptos tradicionales de
potencia (y energía) aparente, activa y reactiva, conceptos que son muy bien conocidos para
tensiones e intensidades sinusoidales, pero no tienen significado alguno en situaciones no
sinusoidales. De hecho, en estas condiciones, el concepto de potencia aparente no tiene una
definición universalmente aceptada, sino que los distintos enfoques han inducido a diferentes
generalizaciones de potencia aparente en situaciones no sinusoidales y de desequilibrio.
Uno de los dispositivos más usados para compensar los armónicos y el desequilibrio introducidos
por una carga o un conjunto de cargas es el filtro activo de potencia (active power filter APF),
que básicamente consiste en un convertidor de potencia con distintas topologías y estrategias de
control, y que genera la forma de onda de tensión o corriente adecuada según el objetivo de
compensación propuesto. El APF más extendido en la literatura técnica y el más utilizado en
sistemas de baja tensión es el APF paralelo, que suministra a las redes eléctricas una corriente
armónica cuya amplitud es igual a los armónicos de la corriente de carga y cuya fase está en
sentido contrario. Este tipo de configuración ha demostrado su eficacia para cargas del tipo
generador de armónicos de intensidad. Sin embargo, otros tipos de cargas no lineales generan
armónicos de tensión, frente a las cuales el APF paralelo no da buenos resultados. Con este tipo
de cargas se ha propuesto el uso de APF serie, que generan una tensión armónica cuya amplitud es
igual a los armónicos de la tensión producidos por la carga y de sentido contrario. Se ha
constatado su eficiencia para las cargas generadoras de armónicos de tensión, aunque éstas no son
de uso común en redes de baja tensión. Además de los filtros activos puros en derivación y en
serie, se han probado otras topologías compuestas por una combinación de filtros activos y pasivos.
