Automatización de una microrred con el modelo de programación de PLCopen y gestión energética con control heurístico

Abstract

El presente Trabajo Fin de Máster versa sobre los planteamientos, desarrollos y trabajos que se han realizado para la automatización de la Microrred experimental del laboratorio de hidrógeno de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla, incluyéndo la integración de nuevos equipos, efectuados dentro del marco del proyecto "Control Predictivo de Microrredes Reconfigurables con Almacenamiento Híbrido y Móvil", de referencia DPI2016-78338-R, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España, y cuyos responsables son los catedráticos Carlos Bordons Alba y Miguel Ángel Ridao Carlini. La Microrred experimental del laboratorio de hidrógeno o HyLab (Hydrogen Laboratory) es una instalación desarrollada por los Departamentos de Termotecnia y de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad de Sevilla, para investigar la integración de sistemas de almacenamiento de energía basados en el vector hidrógeno con fuentes de energía y sistemas de almacenamiento convencionales. Esta Microrred dispone de un sistema de control con una arquitectura dividida en dos niveles. El primer nivel, integrado por un PLC, se encarga del control directo de la planta, monitorizando y comandando todos los equipos y sistemas que la integran, así como gestionando sus diferentes modos de operación, incluyendo la puesta en emergencia. En el segundo nivel, se ejecutan algoritmos y estrategias de control para la gestión energética de la Microrred. En primer lugar, se ha realizado la integración de nuevos equipos y sistemas de generación y almacenamiento en la Microrred, para su monitorización y comando remotos desde la arquitectura de control que se describe. A continuación, se ha desarrollado una nueva programación para el PLC que integra el primer nivel de control de la planta. Esta programación implementa un conjunto de modos de operación que ha sido definido en base a la metodología establecida por la Guía GEMMA (Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts). Para su desarrollo, se ha empleado el modelo de programación estructurada para automatismos propuesto por PLCopen (www.plcopen.org). Por último, con el objetivo de testear la conectividad entre el segundo nivel de control y el PLC con su nueva programación y los nuevos equipos ya integrados, se ha diseñado un control heurístico basado en reglas para la gestión energética de la Microrred y se ha ensayado de manera experimental.

The present Master's Thesis deals about the approaches, developments and works carried out for the automation of the experimental Microgrid of the hydrogen laboratory of the Higher Technical School of Enginnering of Seville, including the integration of new equipment, made within the framework of the project "Model predictive control ofreconfigurable microgrids with hybrid and mobile energy storage" (DPI2016- 78338-R), funded by the Ministry of Economy and Competitiveness of Spain, and whose heads are the professors Carlos Bordons Alba and Miguel Ángel Ridao Carlini. The experimental Microgrid of the hydrogen laboratory or HyLab (Hydrogen Laboratory) is a facility developed by the Departments of Thermotechnics and Systems and Automation Engineering of the Seville University, for researching the integration of energy storage systems based on the hydrogen vector with conventional energy sources and storage systems. This Microgrid has a control system with an architecture divided into two levels. The first level, integrated by a PLC, performs the direct control of the entire facility, by monitoring and command of all the equipment and systems that integrate it, as well as by management of its different operation modes, including the emergency stopping. In the second level, it is executed algorithms and control strategies for energy management of the Microgrid. In first place, it has been carried out the integration of new generation and storage equipment and systems in the Microgrid, for its remote monitoring and command from the control architecture described. Next, a new program for the PLC that integrates the first control level of the plant has been developed. This program implements a set of operation modes that have been defined based on the methodology established by the GEMMA guide (Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts). For its development, it has been used the PLCopen structured model for PLC programming (www.plcopen.org). Finally, in order to test the connectivity between the second level of control and the PLC with its new program and the new equipment already integrated, it has been designed and implemented a heuristic control based on rules for the energy management of the Microgrid, and it has been tested experimentally