Este documento presenta las líneas de investigación del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Carlos III de Madrid relacionadas con las redes flexibles. Describe cinco grupos de investigación que trabajan en áreas como el control de sistemas de potencia, redes y sistemas de energía eléctrica, diagnóstico de máquinas eléctricas, sistemas de almacenamiento de energía e instrumentación eléctrica. El objetivo es abordar los retos técnicos asociados a la integración de energías renovables en

1. Redes Flexibles:
El reto en la Universidad
Guillermo Robles Muñoz
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Universidad Carlos III de Madrid
Noviembre 2010

2. Idiosincrasia del mundo académico
2
Clientes
Operador del Sistema
Compañías Eléctricas
Consultorías
Fabricantes
Resultados
Proyectos Industriales
Tesis Doctorales
Publicaciones
Patentes
Cooperación
Institutos de
Investigación
Proyectos Europeos
Grupos Internacionales
Grupos de Investigación

3. Líneas de investigación
 Grupo de Control de Sistemas de Potencia
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Grupo de Diagnóstico de Máquinas Eléctricas y Materiales
Aislantes (DIAMAT)
 Grupo de Sistemas de Almacenamiento de Energía (LEESS)
 Instrumentación Eléctrica
3

4. Control de Sistemas de Potencia
 Grupo de Control de Sistemas de Potencia
 Control de convertidores electrónicos conectados a la red
eléctrica para aplicaciones en energías renovables
 Control de aerogeneradores
 Control de enlaces de continua en alta tensión (HVDC)
4

5. Control de Sistemas de Potencia
 Grupo de Control de Sistemas de Potencia
 Control de convertidores electrónicos conectados a la red
eléctrica para aplicaciones en energías renovables
 Diseño de filtros y topologías de convertidores
 Algoritmos de sincronización a la red en condiciones de
desequilibrio y huecos de tensión
 Algoritmos de modulación, PWM, Space Vector PWM (SVM)
 Control de convertidores ante perturbaciones de la red eléctrica
5

6. Control de Sistemas de Potencia
 Grupo de Control de Sistemas de Potencia
 Control de aerogeneradores
 Control de potencia con programación dinámica (DPPC) aplicado a
generadores doblemente alimentados y ante contingencias de red
 Algoritmos de estimación de parámetros, observadores de estado y
control sensorless
 Control de generadores síncronos con topologías full-converter
6

7. Control de Sistemas de Potencia – RI
 Grupo de Control de Sistemas de Potencia
 Integración de fuentes de energía renovable en la red
 Nuevos diseños de filtros y topologías de convertidores
 Algoritmos avanzados de control de convertidores
 Reducción de potencia y oscilaciones de par en aerogeneradores
 Compensación de armónicos y reactiva
 Enlaces de HVDC para parques offshore
7

8. Control de Sistemas de Potencia – RI
 Grupo de Control de Sistemas de Potencia
 Generación Distribuida y almacenamiento.
 Detección de islas. Control de tensión y frecuencia
 Filtros activos para el almacenamiento distribuido de energía
 Mejora de los sistemas de control para la gestión de un número
elevado de convertidores conectados al mismo punto
 Control de convertidores en paralelo
8

9. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Integración de las energías renovables en la red eléctrica
 Calidad de suministro eléctrico
9

10. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Integración de las energías renovables en la red eléctrica
 Predicción de la producción eólica a corto plazo (48h)
 Integración de la energía eólica en el mercado de la electricidad
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11. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Integración de las energías renovables en la red eléctrica
 Predicción de la producción eólica a corto plazo (48h)
 Incorporación de modelos de incertidumbre e interdependencia
espacial y temporal de las herramientas de predicción a corto
plazo de la producción eólica
 Modelos y herramientas de flujo de cargas probabilístico
11

12. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Integración de las energías renovables en la red eléctrica
 Integración de la energía eólica en el mercado de la electricidad
 Evaluación del arbitraje de la generación eólica participante en
el mercado y de su efecto sobre la operación del sistema
 Estrategias de optimización de ofertas de generadores
hidráulicos, eólicos y de otras formas de almacenamiento
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13. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica – RI
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Impacto de los nuevos métodos de generación y consumo
sobre los mercados de energía eléctrica
 Integración de las energías renovables en las Redes Inteligentes, en
especial, termosolar y eólica
 Contribución de las energías renovables a la estabilidad del
sistema
 Prueba de sistemas de control y su impacto sobre la estabilidad del
sistema en PSS/E
13

14. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica – RI
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Predicción a corto plazo de energías renovables e
intermitentes
14
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Horas
valornormalizado(0,1)
Produccción
Irradiación prevista
Irradiación a cielo despejado
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Irradiación prevista
Produccióneléctrica

15. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica – RI
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Análisis probabilístico de los sistemas de potencia
15

16. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Calidad de suministro eléctrico
 Medida y evaluación de la calidad de suministro en parques eólicos
 Desarrollo de modelos para la evaluación de la calidad de
suministro según IEC-61400-21
 Algoritmos adaptativos para el filtrado de señales de tensión e
intensidad en sistemas eléctricos.
 Compensación de perturbaciones mediante dispositivos
electrónicos
 Diseño de equipos electrónicos de compensación serie DVR y
paralelo STATCOM
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17. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica – RI
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Coordinación de protecciones en Redes Flexibles
 Efecto de la Generación Distribuida en la operación de
protecciones
 Problemas de sensibilidad y ajuste de las protecciones
 Problemas asociados con la protección de reenganche
 Problemas de detección de faltas a tierra y fallos de alta
impedancia
 Problema de coordinación entre relés, fusibles y reenganchador
de línea
 Diseño de protecciones para la detección de funcionamiento en isla
 Nuevas arquitecturas de comunicación entre protecciones según
IEC-61850
 Desarrollo de protecciones adaptativas en redes con Generación
Distribuida para la detección y localización de faltas en tiempo real
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18. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica – RI
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Aplicación de tecnologías D-FACTS (Distributed Flexible AC
Transmission Systems) en Redes Flexibles para la regulación de
tensión y control de potencia reactiva en situaciones de
 Inestabilidad y colapso de tensión
 Variaciones de disponibilidad energética
 Variaciones en la demanda
 Variaciones en la conexión de cargas móviles dispersas
 Faltas y emergencias
18
0 1 2 3 4 5 6 7
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
PD
, X=0.1pu, E =1.0pu, cos=1.0
Vvoltage
Q
WT
= 0
0.95 pu
QWT
= 1.5

19. Redes y Sistemas de Energía Eléctrica – RI
 Grupo de Redes y Sistemas de Energía Eléctrica (REDES)
 Ubicación óptima de los dispositivos D-FACTS (Distributed Flexible
AC Transmission Systems) utilizando algoritmos de optimización
 Maximizar el margen de estabilidad y cargabilidad del sistema
 Disminuir las pérdidas
 Maximizar la transmisión de potencia
 Amortiguar las oscilaciones de potencia
19
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1
1.01
1.02
1.03
1.04
1.05
1
8
15
22
29
36
43
50
57
64
71
78
85
92
99
106
113
120
127
134
Tensión(p.u.)
Nodos de la red

20. Almacenamiento de Energía
 Grupo de Sistemas de Almacenamiento de Energía (LEESS)
 Procedimientos de ensayo en el dominio del tiempo y la
frecuencia para sistemas de almacenamiento de energía y pilas
de combustible
 Estudio de la adaptación de sistemas de almacenamiento para
su funcionamiento en redes inteligentes
 Modelado dinámico no lineal de sistemas de almacenamiento y
simulación en aplicaciones tanto de transporte como
estacionarias
 Sistemas híbridos de energía para vehículos eléctricos
20

21. Almacenamiento de Energía
 Procedimientos de ensayo en el dominio del tiempo y la
frecuencia para sistemas de almacenamiento de energía y pilas de
combustible
21
Los sistemas de
almacenamiento de
energía están todavía
en desarrollo, por lo
que es necesario
desarrollar
procedimientos de
ensayo, para por
ejemplo espectroscopía
a elevada corriente.

22. Almacenamiento de Energía
 Estudio de la adaptación de sistemas de almacenamiento
en redes inteligentes
 El origen de los sistemas de almacenamiento es el mundo
electroquímico, pero debe adaptarse al eléctrico para su uso
en, por ejemplo, redes inteligentes.
 Es necesario un estudio en profundidad de cómo llevar a cabo
esta adaptación: variables en valores absolutos o en por
unidad, nuevas herramientas de análisis de circuitos eléctricos.
22

23. Almacenamiento de Energía
 Modelado dinámico no lineal y simulación en aplicaciones
tanto de transporte como estacionarias
23
Supercapacitor impedance for 150 A

24. Almacenamiento de Energía
 Sistemas híbridos de energía para vehículos eléctricos
 Decisión de los sistemas de almacenamiento requeridos y su
escalado, teniendo en cuenta todo el conjunto: coste, volumen,
ciclado, etc.
 Optimización en tiempo real.
24

25. Almacenamiento de Energía
 Interacción vehículo-red: carga y descarga de la batería del
vehículo para su uso como almacenamiento en red
 Sistemas de almacenamiento concretos para su uso en
sistemas estacionarios a nivel de red de distribución:
baterías de flujo
 Integración del almacenamiento de energía en otros
sistemas de transporte también conectados a la red
eléctrica: tracción eléctrica
25

26. Instrumentación Eléctrica
 Instrumentación Eléctrica
 Integración de sensores en la red para estudios de cargabilidad y
mantenimiento
 Identificación y optimización de grupos de variables disponibles para
caracterizar los mecanismos de degradación en los activos
 Identificación de las técnicas de vigilancia más utilizadas en los activos
de la red
 Interacción de los distintos mecanismos de degradación para la
prevención de fallos en los activos
 Desarrollo de un sistema de decisión sobre el estado de degradación del
activo y establecer un sistema de alertas para su mantenimiento o
sustitución
 Estudio de nuevos sensores para la medida de las variables de los
mecanismos de degradación
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27. Redes Flexibles:
El reto en la Universidad
Guillermo Robles Muñoz
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Universidad Carlos III de Madrid
Noviembre 2010