Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica.

Dicho dispositivo (1) es una plataforma hardware con una determinada programación donde se integra en un único dispositivo el control de todos los elementos de una instalación de microgeneración de energía eléctrica (2) y un control sobre operaciones de un dispositivo de interconexión (3) con red eléctrica principal (5) y comandado por un gestor global de red; de manera que las consignas de generación de energía pueden establecerse desde dos sistemas de decisión distintos y coordinados: uno interno en función de los intereses del propietario de la referida instalación (2) y otro externo en función de las necesidades del resto de la red.

Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica cuya finalidad consiste en facilitar en un único dispositivo un gestor integral de la microproducción de energía eléctrica de pequeñas instalaciones, permitiendo controlar de forma coordinada todos los elementos internos que compongan la instalación, los elementos de conexión a la red eléctrica principal, así como la parte de esa instalación aguas abajo del microgenerador, al objeto de trabajar de forma coordinada con otros elementos externos de generación y consumo.

La invención es especialmente aplicable en instalaciones de microproducción de energía eléctrica componentes de una microrred eléctrica con multitud de pequeños generadores la cual para un buen funcionamiento debe establecer una coordinación entre los distintos agentes que intervienen en el sistema de distribución, tales como producción, consumo, protección y almacenamiento.

Antecedentes de la invención

En muchas aplicaciones industriales se han invertido muchos recursos en desarrollar soluciones de software concebidas para, actuar de forma aislada resolviendo problemas de gestión o control concretos de un proceso productivo. La observación del comportamiento de dichos subsistemas desde el punto de vista del funcionamiento global del proceso lleva por lo general a concluir que muchos agentes tomarían mejores decisiones si no funcionaran como islas, si interactuaran con los otros compartiendo información y estimaciones o cálculos realizados.

La extensión de esta idea al control y/o gestión de procesos complejos nos lleva a trabajar con sistemas de inteligencia artificial distribuida (DAI). Un antecedente en proyectos que desarrolla este concepto lo encontramos en el proyecto ARCHON (Jennings et al., 1996) en el cual se definirían una estructura general, un entorno de software y una metodología aplicables a distintos tipos de procesos. La aplicación se realizó en dos campos: el transporte de energía eléctrico y el control de un acelerador de partículas. El objetivo era proporcionar una herramienta de decisión que apoyara a los ingenieros de control y gestión de la red en presencia de perturbaciones. La idea era crear un entorno de software que interactuara con sistemas preexistentes utilizando plataformas de distribución de datos comunes, para poder "razonar" con información que contenga diferentes niveles de detalle y utilizar diferentes formas de obtener las soluciones, así como para poder flexibilizar los mismos para distintos tipos de redes.

El problema es hoy aún más complejo. Hoy día, el mapa de la generación de energía eléctrica está cambiando constantemente debido sobre todo a la utilización de fuentes de energía renovable (solar y eólica, principalmente) que supone la introducción de multitud de micro-productores en la red que interaccionan con la misma, complicando su monitorización y control. Para poder pues explotar las tremendas oportunidades de diversidad energética y manejo ambiental que ofrece la generación distribuida es necesario vencer algunos problemas tecnológicos que están frenando su expansión, entre los que se encuentran los siguientes:

1. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, aplicable a una instalación de microgeneración de energía eléctrica (2) que cuenta básicamente con un microgenerador (10) tal como paneles solares, molinos eólicos u otro conectado a un convertidor DC/DC (7) que a su vez conecta con un inversor DC/AC (8); de manera que a través de un dispositivo de interconexión (3) el inversor (8) conecta con una red eléctrica principal (5); pudiendo conectar además con dicho dispositivo de interconexión (3) una microrred (4) formada por una pluralidad de instalaciones de microgeneración de energía análogas a la descrita; caracterizado porque el dispositivo de gestión (1) es una plataforma hardware con determinada programación donde se integra en un único dispositivo el control de todos los elementos de la instalación de microgeneración de energía (2) y un control sobre operaciones del dispositivo de interconexión (3), el cual está comandado por un gestor global de red; de manera que las consignas de generación de energía pueden establecerse desde dos sistemas de decisión distintos y coordinados: uno interno en función de los intereses del propietario de la instalación de microgeneración de energía (2) y otro externo en función de las necesidades del resto de la red.

2. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque ese control sobre operaciones del dispositivo de interconexión (3) mediante el dispositivo de gestión (1) cuenta con medios de bloqueo de órdenes del gestor global de red, en función de parámetros de la instalación de microgeneración (2) tales como capacidad de generación, nivel de consumo aguas abajo del microgenerador (6), energía almacenada, calidad de suministro y seguridad eléctrica.

3. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la actuación coordinada de esos dos sistemas de decisión comprende a una señal de conexión/desconexión de la instalación de microgeneración (2) de la red (5), incluyendo adicionalmente dicha actuación una regulación de parámetros tales como potencia de salida, corrección de factor de potencia, calidad de suministro, y operación en isla en función de la estimación de generación y consumo.

4. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo de gestión (1) presenta un estructura de bloques funcionales consistente en un módulo de medidas de sensores analógicos (9) unido a un primer módulo procesador de señales digitales DSP (10) ya un módulo de alarmas (13) que además conecta con un segundo módulo procesador de señales digitales DSP (12) unido a un módulo de entrada y salidas digitales y de señales para electrónica de potencia (11) que también conecta con el módulo de alarmas (13); conectando además este segundo módulo procesador (12) con un módulo interface (14) con estructura jerárquica de gestión de red; estando interconectados los dos módulos procesadores DSP (10, 12) mediante un módulo de comunicación (15).

5. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos módulos (9 a 15) del dispositivo de gestión (1) a nivel de circuitería tienen una arquitectura consistente en un bloque correspondiente al primer módulo procesador DSP (10), un bloque correspondiente al segundo módulo procesador DSP (12), un bloque correspondiente al referido módulo interface (14) que conecte con un gestor de red coordinada (18) externo al dispositivo de gestión (1), un bloque de circuitería de control, generación y almacenamiento de energía (17) que conecta mediante señales de control y mando con la instalación de microgeneración de energía (2), y un bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred (16) que mediante señales de control y mando conecta además de con la referida instalación (2) con el dispositivo de interconexión (3).

6. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque dicho módulo de interface (14) incluye un analizador integral de estado de la red que además de controlar parámetros de calidad de onda, también se encarga de estimar tanto la producción local como la demanda aguas abajo de la microproducción y la capacidad de almacenamiento de energía de la instalación (2); facilitando una elección autónoma del modo de operación que permite instantáneamente reconfigurar la topología de la instalación para cambiar su funcionalidad; empleándose un algoritmo de toma de decisión basado en lógica borrosa para priorizar los modos de operación; de manera que dicho algoritmo permite establecer un ranking en función del cual se establece el modo de operación en las transiciones entre los modos de operación, en función de información interna y del resto de la red, según los parámetros proporcionados por dicho analizador integral del estado de la red, según el sistema de alarmas interno de la microproducción y según consignas externas.

7. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred (16) cuenta con algoritmos de control vectorial del inversor DC/AC (8), de manera que con conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando tres lazos de control y sin conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando cuatro lazos de control.

8. Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de gestión (1) recibe dos tipos de datos correspondientes a: