Model of the communications system for an isolated electrical micro-network, based on a network of wireless sensors, for control data transfer

Debido a la creciente preocupación por la demanda de energía y los retos ambientales para proveer electricidad en áreas rurales, la generación de forma distribuida ha sido estudiada durante muchos años con el fin de encontrar métodos para la integración de los distintos tipos de fuentes de energía renovables, como los paneles fotovoltaicos y turbinas eólicas, ofreciendo energía eléctrica limpia y mejorando las estrategias de gestión. Las microrredes están compuestas de elementos de almacenamiento, cargas y generadores distribuidos, todos integrados, sincronizados y gestionados por un esquema de control, especialmente si opera de forma independiente o modo “Isla”. Dependiendo del esquema de control escogido para la microrred, es necesario el intercambio de datos provenientes de los generadores y las cargas, y encaminarlos hacia un nodo central, a través de un sistema de comunicaciones rápido y confiable, para realizar tareas de gestión, manteniendo los valores óptimos de tensión y potencia, para entregar energía de buena calidad a los usuarios. Por lo anterior, en este documento se describe la propuesta de un sistema de comunicación basado en una red de sensores inalámbricos, como soporte al esquema de control centralizado de tipo maestro – esclavo escogido para la gestión de energía en una microrred en modo “Isla”, donde un nodo central contiene un algoritmo de toma de decisiones que activa o desactiva los generadores distribuidos y las cargas, de acuerdo a parámetros de tipo operacional como los valores de tensión y potencia establecidos como referencia, la demanda de los usuarios, condiciones climáticos, prioridad de las cargas y la posibilidad de fallos. Para la gestión de los aspectos relacionados con la generación y distribución de energía en la microrred por medio del intercambio de información de control proveniente de cada carga o generador, la red de sensores inalámbricos debe basarse en una tecnología LR-PAN adecuada para las transmisiones rápidas y confiables de datos, con un bajo consumo de energía, como ZigBee y LoRa. El algoritmo de toma de decisiones y el modelo de la red de sensores inalámbricos se implementan en OMNeT++, para integrarlo con un modelo de microrred desarrollado en matlab, con el fin de validar el modelo y obtener los resultados y las conclusiones.Due to the growing concern about energy demand and environmental challenges to provide electricity in rural areas, distributed power generation, has been studied for many years, in order to find methods to integrate different types of renewable energy sources, such as photovoltaic panels and wind turbines, providing clean electric power and improving the energy management strategies. Microgrids are composed of distributed storage elements, loads and distributed generators DG, integrated, synchronized and managed by a control scheme, especially when it operates independently or “islanded mode”. Depending on the control Scheme chosen for the microgrid, it is necessary to exchange data from generators and loads towards a central node, through a fast and reliable communications system, to perform some management tasks and maintain optimal values of voltage and power, to deliver good quality power to customers. According to the above, a communication system, based on a wireless sensor network, is proposed in this document, to support a centralized master slave control scheme for an islanded microgrid energy management, operating in “islanded mode”, where a central node, contains a decision making algorithm, performing activation and deactivation of distributed generators and loads, depending on some operational aspects like voltage and power references values, user demand, weather conditions, load priority and possibly faults. To manage all the microgrid generation and distribution issues, by exchanging control information from each load or energy source, the wireless sensor network must be supported by a low rate wireless personal area network LR-PAN technology, suited for fast and reliable data transmissions with low energy consumption, such as Zigbee and LoRa. The decision making algorithm and the wireless sensor network model, are implemented in OMNeT++, and then interfacing with a microgrid model developed in Matlab, validating the model and obtained results and conclusions