Tesis:
Probabilistic Assessment of Power Quality in Residential Distribution Networks
- Autor: RODRÍGUEZ PAJARÓN, Pablo
- Título: Probabilistic Assessment of Power Quality in Residential Distribution Networks
- Fecha: 2021
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/69714/
- Director/a 1º: HERNÁNDEZ BAYO, Araceli
- Resumen: La demanda residencial desempeña un papel fundamental en la demanda global de energía. Hoy en día, y aún más en el futuro, el sector residencial está electrificado e incluye no sólo consumos sino también generación distribuida. Las cargas residenciales son en su mayoría monofásicas, tienen patrones de consumo enormemente estocásticos y, cada vez más, se conectan a la red a través de convertidores de electrónica de potencia. En este escenario, la calidad de servicio en el sistema de distribución residencial puede degradarse por la adopción masiva de estas nuevas tecnologías, que son cada vez más inciertas, intermitentes y complejas. Además, este aumento de la incertidumbre implica que los enfoques deterministas tradicionales puedan dejar de ser representativos del verdadero funcionamiento del sistema. Los estudios probabilísticos pueden tener en cuenta el comportamiento incierto y cuantificar con precisión los fenómenos de calidad de servicio, siempre que los modelos probabilísticos sean lo suficientemente precisos y realistas. Además, cualquier esfuerzo en la línea de la evaluación de la calidad de servicio a través de simulaciones debe complementarse con programas de monitorización, teniendo en cuenta que la red de distribución residencial dispone de pocos medidores de calidad de servicio. Es necesario desarrollar métodos para establecer la ubicación óptima de los monitores y estimar el rendimiento global del sistema. Asegurarse de que las redes del futuro garanticen la calidad de servicio, integrando al mismo tiempo las incertidumbres y la complejidad de las nuevas tecnologías, debe ser una prioridad que constituye, también, un reto para la comunidad investigadora. Esta tesis pretende ayudar a responder a este reto centrándose en tres temas relacionados con la evaluación probabilística de la calidad de servicio. El primer tema tratado en esta tesis es el desarrollo de una metodología probabilística para evaluar la calidad de servicio (tensiones armónicas y desequilibrios de tensión) en las redes de distribución residencial. Esta metodología, basada en simulaciones de Monte Cario, se aplica también para investigar la influencia que la carga de vehículos eléctricos, el aumento de dispositivos no lineales o la generación fotovoltaica tienen sobre los armónicos y los desequilibrios de tensión. También se estudia la influencia de la potencia nominal del transformador en la calidad de servicio. La segunda cuestión abordada en esta tesis es el desarrollo de modelos probabilísticos adecuados para simular las inyecciones armónicas de los consumidores residenciales, que han sido validados con un conjunto de medidas de campo que se efectuaron durante el desarrollo de este trabajo. El último tema incluido en la tesis es el desarrollo de metodologías para estimar las tensiones armónicas en la red de distribución residencial, que está poco monitorizada y cuyos parámetros son comúnmente desconocidos. Los métodos desarrollados se han aplicado a dos redes diferentes (IEEE Low Voltage European test feeder, con 55 buses, y Representative European Network #7, con 471). Las simulaciones se han realizado con OPENDSS y MATLAB. ----------RESUMEN---------- Residential demand plays a key role in overall energy demand. Nowadays, and more in the future, residential sector being electrified will comprise not only by its energy consumption but also distributed generation. Residential loads are mainly single-phase, have very stochastic consumption patterns and are increasingly connected to the grid through power electronics. In this scenario, there is a potential threat that power quality in the residential distribution system can be degraded by the mass adoption of these new technologies that are increasingly uncertain, intermittent and complex. Additionally, this rise in uncertainty means that traditional deterministic approaches risk not becoming any longer representative of the true performance of the system. Probabilistic studies can take into account for uncertain behaviour and accurately quantify power quality phenomena, on the condition that probabilistic models are accurate and realistic enough. Furthermore, any effort made in assessing power quality through simulation must be complemented with monitoring programs, taking into account that residential distribution network is poorly prepared to monitor power quality. Methods for establishing optimal monitor location and estimating the overall performance of the system are required. It must be ensured that the next-generation grid will guarantee power quality while integrating the uncertainties and complexity of new technologies. Reaching this goal entails challenges for the research community. The objective of this thesis is to reach such goal by focusing on three topics regarding probabilistic assessment of power quality. The frst topic covered in this thesis is the development of a probabilistic methodology to assess power quality (voltage unbalance and harmonic voltages) in residential distribution networks. This methodology, based on Monte Carlo simulation, is also applied to investigate the influence of electric vehicle charging and increasing amount of non-linear devices or photovoltaic generation have on harmonics and unbalance. The influence of the main transformer rated power and its quality are also studied. The second issue tackled in this thesis is the development of proper probabilistic models to simulate harmonic injections from residential consumers, which have been validated with a set of field measurements that took place in the context of this work. The last topic addressed in the thesis is the development of methodologies to estimate harmonic voltages at all system buses of the residential distribution network, which is poorly monitored and with unknown parameters. The methods developed have been applied to different networks (55 buses IEEE Low Voltage European test feeder and 471 buses Representative European Network #7), and have been simulated with the OpenDSS and Matlab.