Estudio de viabilidad de una red de distribución híbrida CA/CC en baja tensión

Abstract

Las redes de distribución de energía eléctrica en baja tensión (BT) son las encargadas de realizar el reparto de la electricidad desde los centros de transformación MT/BT hasta los lugares donde existe un punto de consumo. Estas redes deben garantizar un servicio y una calidad al consumidor, pero al menor coste posible. Un parámetro importante que tienen que cumplir es mantener los valores de tensión nominal dentro de un rango determinado, teniendo presente la flexibilidad de la demanda. Además, hay que tener presente que hoy en día todo a nuestro alrededor está desarrollandose con un cariz más inteligente e interconectado. En este sentido, y aplicado a redes de distribución, se están creando una serie de sistemas Smart-Grid que permiten controlar y gestionar de forma eficiente y segura las redes y todos los dispositivos que la integran, siendo en un futuro posible incluso la gestión entre usuarios. Por otra parte, también hay que tener en cuenta el gran auge que está teniendo la implementación de los vehículos eléctricos y de la generación distribuida en la sociedad. Esto se está viendo incentivado por el deseo de la descarbonización, principalmente en el transporte, el uso de energías renovables y la idea de no depender de las compañías eléctricas para poder tener energía, optando para ello por el autoabastecimiento energético mediante el empleo de fuentes de energías renovables. Teniendo presente la situación actual y el panorama futuro que se presenta, se pueden dividir los tipos de dispositivos conectados a las redes de distribución BT entre elementos corriente alterna (CA) y elementos corriente continua (CC), dado que, además de disponer de las cargas convencionales, se están integrando cargas y generación de tipo CC. Este tipo de cargas CC son el vehículo eléctrico, como principal exponente, y otro tipo de cargas actuales que tienen una etapa de conversión CA/CC, como pueden ser los aires acondicionados y otros elementos similares. Por otro lado, en términos de generación, los paneles fotovoltaicos son un claro ejemplo de un sistema CC con una etapa de conversión CC/CA en su configuración actual. Poniendo en consideración todas estas ideas, se puede concluir que debido al cambio que se presenta en nuestros hábitos de consumo, y que, muy probablemente el aumento de consumo en CC se va a elevar de forma muy acusada, es necesario replantear el concento convencional de la distribución en BT que se conoce hasta ahora. En este sentido este Trabajo de Fin de Grado, plantea una modificación de las redes de distribución BT convencionales, la cual consiste en crear redes híbridas de distribución CA/CC eficientes en BT para minimizar el impacto del cambio que está habiendo en la situación energética actual. Para realizar el estudio, se plantean una serie de escenarios distintos para poner la red híbrida a prueba con modificaciones en la carga (viviendas, vehículos eléctricos y generación distribuida) de las redes CA y CC. Los escenarios se exponen en dos casos con distinta fuente de alimentación, uno en trifásica y el otro en monofásica. A su vez, de la red de CC hay dos configuraciones para la sección del cable con el fin de ver cuál se ajusta mejor a las condiciones demandadas.

Low-voltage electricity distribution networks are in charge of distributing electricity from the MV / LV transformation centers to places where there is a point of consumption. These networks must guarantee a service and quality to the consumer, but at the lowest possible cost. An important parameter to be met is to keep the nominal voltage values within a certain range, keeping in mind the flexibility of the demand. In addition, it must be borne in mind that today everything around us is developing with a more intelligent and interconnected aspect. In this sense, and applied to distribution networks, a series of Smart-Grid systems are being created that allow the networks and all the devices that comprise them to be controlled and managed efficiently and safely, with future management even possible between users. On the other hand, we must also take into account the great boom that the implementation of electric vehicles and distributed generation is having in society. This is being encouraged by the desire for decarbonisation, mainly in transport, the use of renewable energy and the idea of not depending on electricity companies for energy, opting for this by self-sufficiency in energy through the use of energy sources. Taking into account the current situation and the future outlook that is presented, the types of devices connected to the BT distribution networks can be divided between AC elements and DC elements, since, in addition to having conventional loads, loads are being integrated and DC type generation. This type of DC loads are the electric vehicle, as the main exponent, and other types of current loads that have an AC / DC conversion stage, such as air conditioners and other similar elements. On the other hand, in terms of generation, photovoltaic panels are a clear example of a DC system with a DC / AC conversion stage in its current configuration. Taking all these ideas into consideration, it can be concluded that due to the change that occurs in our consumption habits, and that, most likely, the increase in consumption in DC is going to rise very sharply, it is necessary to rethink the conventional agreement of the distribution in BT that is known so far. In this sense, this Final Degree Project proposes a modification of conventional BT distribution networks, which consists of creating efficient hybrid AC / DC distribution networks in BT to minimize the impact of the change that is taking place in the current energy situation. To carry out the study, a series of different scenarios are proposed to test the mixed network with modifications in the load (homes, electric vehicles and distributed generation) of the AC and DC networks. The scenarios are presented in two cases with a different power supply, one in three-phase and the other in single-phase. In turn, of the DC network there are two configurations for the cable section in order to see which one best suits the demanded conditions.