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Titulo - Tesis defendidas

Doctoral theses defended

Tesis defendidas - Sistemas energía eléctrica

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Defended thesis of current programme

Metodología para la predicción de ampacidad en líneas eléctricas aéreas a partir de medidas directas y predicciones meteorológicas.

ALBERDI MUIÑO, RAFAEL

Directors:
ALBIZU FLOREZ, IGOR;
FERNANDEZ HERRERO, ELVIRA
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

En los últimos años, la demanda de energía eléctrica ha aumentado de forma considerable, pero las redes eléctricas no están preparadas para integrar un mayor flujo de energía. Las líneas más cortas de una red, como las que conectan parques eólicos, o las líneas de distribución, están limitadas térmicamente. La ampacidad se define como la corriente máxima que puede conducir un conductor de manera continuada, cumpliendo los criterios de diseño y seguridad de la línea en la que se utiliza, y en conductores aéreos depende de las condiciones meteorológicas. Las compañías eléctricas calculan un límite térmico estático, asumiendo unas condiciones meteorológicas constantes durante todo el año, o durante toda una estación. Pero el límite estático desaprovecha parte de la capacidad térmica de las líneas y no está exento de riesgos. Una posible solución consiste en estimar la ampacidad de forma dinámica, conforme varían las condiciones ambientales. Estimar la ampacidad en tiempo real presenta ventajas en operación, pero los mercados eléctricos comercializan la energía con uno o varios días de antelación, por lo que es igualmente ventajosa su predicción. En la tesis se ha desarrollado una metodología que, combinando medidas directas en la línea y predicciones meteorológicas, permite predecir la ampacidad de líneas aéreas. Los dispositivos de medición proporcionan medidas locales, pero las predicciones meteorológicas se obtienen a partir de modelos de la atmósfera a una escala mayor, lo que hace necesario su adaptación a la localización de la línea. La predicción puntual de la ampacidad no permite gestionar adecuadamente el nivel de riesgo derivado de una temperatura excesiva de los conductores, por lo que se hacen necesarias predicciones probabilísticas. Adicionalmente, se ha establecido una metodología para la evaluación de las predicciones, definiendo una serie de indicadores que permiten evaluar las predicciones tanto desde el punto de vista de la seguridad, como desde el punto de vista de aprovechamiento de la línea eléctrica. Aunque los conductores de la línea piloto para los que se ha validado la metodología son de tipo ACSR, esta también se ha validado para conductores HTLS, de alta temperatura y flecha reducida.

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Methodology for an optimal deployment of the recharging infrastructure for electric vehicles

MADINA DOÑABEITIA,CARLOS

Directors:
ZABALA LECUE, EDUARDO;
ZAMORA BELVER, INMACULADA
Grade:
Excellent
Year:
2018
Abstract:

CO2 emissions must be reduced to meet the international commitments to tackle climate change. One of the most promising alternatives for such reduction is the electrification of transport, especially in urban environments, due to its advantages in terms of lack of local emissions and noise reduction. Yet, the lack of publicly accessible charging infrastructure is preventing the mass-adoption of electro-mobility. EV customers want to see a dense enough publicly accessible charging infrastructure network, but they will seldom use it if they can use private home charging. Hence, the economic feasibility of deploying such charging infrastructure must be carefully assessed. Although there have been several attempts to assess the economic performance of operating publicly accessible charging infrastructure, none of them if able to handle the complexity of electro-mobility (by e.g. merging all different charging alternatives into the same analysis). This thesis aims at filling the identified gap, by defining a new methodology which looks at the whole value chain, is business-oriented, performs a quantitative analysis, compares EV against ICE vehicles and takes into account the relationships between the different charging alternatives into a single assessment. The three main contributions of the thesis are: 1) The new methodology extends the scope for analysing complex business cases to consider the different dimensions of the business case at the same time, 2) This new methodology highlights the crucial need to involve appropriate representatives of the relevant stakeholders (decision-makers) in the analysis from the very beginning of the process, and 3) The new methodology has an oriented, tailored approach from the early stages of the analysis to obtain significant results which increase the reliability of the outcomes and guide the decision-making process.

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Optimisation-based Approaches for Evaluating the Aggregation of EVs and PVs in Unbalanced Low-Voltage Networks

CORTES BORRAY, ANDRES FELIPE

Directors:
MERINO FERNANDEZ, JULIA;
RODRIGUEZ SECO,JOSE EMILIO;
TORRES IGLESIAS, ESTHER
Mentions:
Industrial Thesis
International Thesis

Optimización de modelos de módulos fotovoltaicos y del control del MPPT

RAMOS HERNANZ, JOSE ANTONIO

Directors:
EGUIA LOPEZ, PABLO;
ZAMORA BELVER, INMACULADA
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2017
Abstract:

Debido a la versatilidad de las instalaciones fotovoltaicas, y a un aumento en la eficiencia de los módulos fotovoltaicos, junto con una sustancial disminución de su precio, a nivel mundial, la energía fotovoltaica es hoy en día un sector competitivo. Es decir, la energía fotovoltaica ha alcanzado ya un alto grado de madurez, aunque aún tiene un elevado margen de mejora. Así, en esta tesis se proponen mejoras en la operación de los módulos fotovoltaicos, con el objetivo de aumentar el rendimiento de dichos módulos y contribuir de esta manera a reducir la amortización de esta tecnología. Las mejoras propuestas se basan en la optimización de los modelos de módulos fotovoltaicos y del control del punto de máxima potencia de los convertidores de CC/CC usados en las instalaciones fotovoltaicas. Para alcanzar este objetivo se han considerado las siguientes acciones: Revisión del estado del arte sobre modelización de módulos fotovoltaicos, convertidores de CC/CC y de los algoritmos de control para el seguimiento del punto de máxima potencia. Se ha desarrollado una nueva metodología para la generación de modelos basados en redes neuronales, a partir de datos experimentales. Se han optimizado dos de los algoritmos de control más comúnmente usados para el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). Desarrollando también de un nuevo algoritmo de MPPT basado en control en modo deslizante para solucionar las situaciones en los que estos algoritmos no funcionaban. Todos los algoritmos propuestos se han validado de mediante simulación y mediante medidas experimentales Así, con los desarrollos llevados a cabo en esta tesis se pretende conseguir una mayor eficiencia y estabilidad en el seguimiento del punto de máxima potencia del módulo fotovoltaico, ante cambios climatológicos o de variación de las cargas conectadas. Con ello, se pretende reducir los costes de operación y aumentar la producción de la generación fotovoltaica.

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Small signal stability analysis of proportional resonant controlled VSCs connected to AC grids with variable X/R characteristic

HARO LARRODE, MARTA EMILIA

Directors:
EGUIA LOPEZ, PABLO;
SANTOS MUGICA, MAIDER
Mentions:
Cum Laude Distinction
Industrial Thesis
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

Para garantizar un futuro energético sostenible, es fundamental la incorporación de energías renovables en la red eléctrica. Sin embargo, con su creciente integración, las redes eléctricas AC se están volviendo cada vez más débiles, más complejas y caóticas. Por ello, se hace imprescindible el estudio de los retos técnicos que dicha integración plantea. Fenómenos como la desconexión de líneas AC, el bloqueo de convertidores, o variaciones de carga debidas a las intermitencias de la generación renovable, están comenzando a producir cambios en los valores de impedancia y en las características inductivo-resistivas de incluso las redes fuertes. Conforme una red AC se debilita su impedancia equivalente aumenta, y esto provoca cambios indeseados en las magnitudes de potencia activa y reactiva, que derivan en variaciones repentinas de tensión en diferentes puntos de la red AC. Esto también conlleva el deterioro de los convertidores y empeoramiento de la calidad de onda. Una solución parcial a este problema es limitar la potencia allí donde se genera, en perjuicio de aumentar las pérdidas locales. Otra solución es introducir controles de convertidores más robustos, para que sean capaces de sortear estos escenarios cada vez más frecuentes. En este contexto, los convertidores de fuente de tensión (VSC), y en especial los convertidores modulares multinivel, presentan una serie de prestaciones que los hacen idóneos para esta clase de escenarios, dado su mejor comportamiento dinámico frente a los convertidores de fuente de corriente, al operar a una frecuencia de conmutación mayor, y presentando capacidades LVRT y control desacoplado de potencia activa y reactiva. Entre los controles internos de corriente de los VSCs, los controladores proporcional resonantes han aparecido como alternativa a los proporcional integrales, debido a su capacidad de manejar operación tanto equilibrada como desequilibrada y a que eliminan la necesidad de utilizar un phase-locked loop y las transformadas de Park. Muy pocos estudios se han realizado con VSCs con control proporcional resonante sujetos a cambios en la fortaleza de la red AC, y menos aun considerando la variación de su característica inductivo-resistiva. Por lo tanto, en esta tesis doctoral se propone una metodología de parametrización del control proporcional resonante de un VSC conectado a una red AC con fortaleza y característica inductivo-resistiva variables, que asegure su estabilidad en pequeña señal. Con el objetivo de caracterizar dicha estabilidad, se construye un modelo de pequeña señal del sistema compuesto por el VSC conectado a red AC. Posteriormente se valida con simulaciones EMT y se procede con el análisis de escenarios. Los resultados del análisis demuestran que tan solo una desviación del 20% en el ratio X/R de la red AC con respecto a su valor habitual puede hacer perder al sistema su estabilidad en pequeña señal cuando la red AC es débil. La metodología propone nuevas parametrizaciones del control proporcional resonante del VSC que devuelven la estabilidad al sistema en estos escenarios. La validación y verificación de la metodología se realiza a través de un caso de estudio en DIgSILENT PF: una planta de generación eólica marina que evacúa energía a la red AC por medio de un enlace de alta tensión en continua.

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Development of optimal energy management and sizing strategies for large-scale electrical storage systems supporting renewable energy sources.

GONZALEZ GARRIDO AMAIA

Directors:
EGUIA LOPEZ, PABLO;
GAZTAÑAGA ARANZAMENDI,HAIZEA
Mentions:
Cum Laude Distinction
Industrial Thesis
International Thesis
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2020
Abstract:

El desarrollo e integración de las fuentes de energía renovable (RES) conducirá a un futuro energético más sostenible. Las plantas renovables deberán mejorar su participación y operación a través de los mercados de electricidad de una manera más controlada y segura. Además, el diseño actual del mercado está cambiando para permitir una participación inclusiva en mercados de flexibilidad. En este contexto, los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) se consideran una de las tecnologías flexibles clave que pueden apoyar la operación de las energías renovables, mediante servicios como: 1) control de la potencia generada, 2) mejora de los errores de predicción, y 3) provisión de servicios auxiliares de regulación de frecuencia. Sin embargo, el desarrollo del almacenamiento ha sido frenado también por sus altos costos. Por lo tanto, esta tesis doctoral aborda el tema del ¿Desarrollo de estrategias óptimas de gestión y dimensionamiento de los sistemas de almacenamiento eléctrico a gran escala como apoyo a fuentes de energía renovable¿, con el objetivo de desarrollar una metodología con una perspectiva global, mediante una estrategia de gestión de energía avanzada (EMS) que aborda la gestión de activos (RES + ESS) a largo plazo y por otro lado, el cálculo del dimensionamiento y operación del almacenamiento a corto plazo (en la operación en tiempo real), para asegurar un marco adecuado que permita evaluar la rentabilidad de la integración del almacenamiento en aplicaciones conectadas a la red. La estrategia de gestión de energía propuesta es validada a través de dos casos de estudio: una planta renovable individual (eólica o solar) con almacenamiento, y un porfolio de renovables y almacenamiento.

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Optimización de la recarga del vehículo eléctrico considerando la degradación de baterías.

SALDAÑA MULERO, GAIZKA

Directors:
ASENSIO DE MIGUEL, FRANCISCO JAVIER;
SAN MARTIN DIAZ, JOSE IGNACIO;
ZAMORA BELVER, INMACULADA
Mentions:
Cum Laude Distinction
Grade:
Excellent Cum Laude
Year:
2021
Abstract:

La presente Tesis Doctoral propone una nueva metodología para integrar los vehículos eléctricos enchufables en las redes de baja tensión. La carga de vehículos eléctricos produce un impacto en la red de baja tensión como puede ser el aumento de pérdidas, la sobrecarga de líneas y transformadores, caídas de tensión, desequilibrios de tensión, etc., pero sobre todo produce una degradación en las baterías que equipan. Este último impacto dependerá enormemente del control de la carga empleado y será determinante en la cuantificación del coste de la misma. En este contexto, la presente tesis propone una nueva metodología óptima para evaluar y reducir al mínimo el coste económico de cada recarga, maximizando la vida útil de las baterías, y respetando siempre las limitaciones técnicas de la red a la que se conecta, sin renunciar a las necesidades del usuario. Para ello, se desarrolla un modelo de degradación basado en datos experimentales de una batería de vehículo eléctrico comercial. Dicho modelo considera diferentes variables, entre ellas la profundidad de descarga, el número de ciclos, la corriente media, el estado de carga de almacenamiento y la temperatura; las dos fuentes principales de degradación, como son el calendar aging y el cycle aging; y los dos principales efectos, a saber, el capaciy fade y el power fade. Este modelo es de gran utilidad en el desarrollo de diferentes herramientas para la evaluación de la rentabilidad de una batería en función del uso requerido (patrones de conducción, de recarga, etc.). Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, la metodología propuesta propicia la integración de los vehículos eléctricos enchufables en las redes de distribución de baja tensión.

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