Estudio y modelado de redes de distribución. Análisis y comparación entre modelos a 3 hilos y modelos a 4 hilos

Abstract

En la actualidad, las redes de energía eléctrica están evolucionando para adaptarse a las nuevas tecnologías y así poder contar con un suministro eléctrico más rentable y sostenible. El sistema eléctrico, un conjunto de cargas, unidades generadoras y líneas de transmisión, es el encargado de generar y transportar la energía hasta los consumidores finales. Tal y como lo conocemos hoy en día, se trata de un sistema localizado que cuenta con tres partes: la generación, el transporte y la distribución. Este concepto está progresando hacia infraestructuras donde tomen una mayor importancia las fuentes a pequeña escala de energía distribuida (DER). Los DER, mantienen su conexión a la red principal a través de las microrredes, siendo estas redes inteligentes centros pequeños de generación eléctrica que permiten un entorno en el cual sea más fácil el control de la distribución y generación de recursos. El objetivo de estas nuevas infraestructuras es poder llegar a desarrollar un sistema eléctrico con diversas unidades de generación, convirtiéndose en un sistema distribuido que pueda trabajar de manera independiente, lo que implica una reducción de costes, ahorro de energía y un sistema mucho más eficiente. En este Trabajo Fin de Grado, se va a estudiar un modelo de distribución que permita la integración de los DER y así poder simular y estudiar el comportamiento que tendrían en la red estas nuevas tecnologías. El modelo que establece unas bases de referencia para la implementación de una red de distribución con múltiples microrredes, es el Modelo Cigrè. El objetivo de este trabajo es analizar la influencia que toma el hilo neutro con el que cuentan los sistemas de distribución, el cual aparece en el neutro de la estrella del transformador del centro de distribución para poder satisfacer los consumos desequilibrados. Para poder cuantificar la influencia de esta conexión a tierra del neutro en las tensiones y los desequilibrios, se va a estudiar el modelo Cigrè aplicado a dos casos, el sistema original de 4 hilos y un modelo simplificado de 3 hilos, que se obtendrá mediante la reducción de Kron. El modelo a desarrollar, es un modelo de red de distribución de baja tensión (hasta 1kV) que cuenta con tres líneas, dos líneas aéreas y una línea subterránea. Este modelo se caracteriza por presentar una estructura radial y un gran desequilibrio debido a los consumos monofásicos que se encuentran en las tres líneas de la red. Para llevar a cabo el modelado de los sistemas a 3 y 4 hilos, lo primero que se realizará será la selección de los tipos de cables que se van a utilizar en las tres líneas en función de los consumos de potencia e intensidad que deben cumplimentar y del tipo de línea del que se trate. Con estos datos se podrán realizar los cálculos para obtener las matrices de resistencias, inductancias y capacitancias. Para realizar dichos cálculos se utilizarán las ecuaciones de Carson, la herramienta de Matlab Simulink “Power_lineparameter” y las ecuaciones de la reducción de Kron. Una vez obtenidas las matrices, se desarrollarán los dos modelos en Matlab/Simulink y posteriormente se llevará a cabo la simulación de ambos. Primero se desarrollará el sistema que se tomará como original, en el que el neutro estará conectado a tierra a través de una impedancia y partiendo de este se realizará la reducción de Kron para la obtención del modelo simplificado, en donde el neutro se considerará que se encuentra rígidamente conectado. Con el objetivo de poder cuantificar y analizar las diferencias que presentan ambos modelos, se realizarán finalmente dos estudios, uno basado en las tensiones de línea y el error relativo, y otro centrado en el estudio de los desequilibrios de tensión, para el que se utilizará las normas IEEE(NEMA).