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Impacto en los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

Investigadores/as Institucionales

Jimenez Carrizosa MAutor o Coautor

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3 de octubre de 2022
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Stability analysis and hierarchical control of DC power networks

Publicado en: Modeling, Operation, and Analysis of DC Grids: From High Power DC Transmission to DC Microgrids. 215-244 - 2021-01-01 (), DOI: 10.1016/B978-0-12-822101-3.00014-9

Autores:

Rodríguez-Cabero A; Jiménez Carrizosa M; Roldán-Pérez J; Prodanovic M
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Afiliaciones

Instituto IMDEA Energía - Autor o Coautor
Universidad Politécnica de Madrid - Autor o Coautor

Resumen

In recent years, the importance of DC networks has increased with further development of railway systems, urban electricity networks, and high-voltage direct current (HVDC) systems, to name some examples. Breaking energy recovery, energy storage integration, and flexible management of power flows with the existing AC grids represent some challenges in the development of modern railway substations. An attractive solution to address all these problems in a comprehensive way is a DC microgrid. In this type of microgrids, different technologies are interconnected by using a common DC link. This allows additional degrees of freedom for the system operation and minimizes the price of consumed electricity. However, as the complexity of the control system increases, the stability must be guaranteed regardless the number of devices connected to the microgrid. This chapter presents a detailed implementation of the energy management system of a DC microgrid that consists of primary, secondary, and tertiary controllers in an experimental test-rig. The DC test network consists of four nodes that provide an interconnection between the AC network link, the AC railway network supply, the battery system, and the auxiliary AC supply. The primary and secondary controllers deal with the power control, the energy recovery, and the voltage control. Meanwhile, the economic optimization is carried out at the tertiary level by using a model predictive control (MPC) approach. Also, a detailed stability analysis of the DC microgrid is carried out to analyze the stability limits under different load conditions. The results of the experimental validation are used to demonstrate the properties of each control level, and the economic benefits obtained with the proposed MPC are highlighted. Finally, the small-signal models and the stability limits are validated in the laboratory prototype.
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Palabras clave

Ac-dc power convertersAffordable and clean energyControl systemsDc microgridsDroop controlHierarchical controlMpc controlSmall-signal modelingStability analysis

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

Esta aportación ha sido publicada por la editorial Academic Press / Elsevier según la Clasificación ie-CSIC, se ha convertido en una referencia en su campo..

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-25:

  • Scopus: 1
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-25:

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Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: https://oa.upm.es/94360/

Como resultado de la publicación del trabajo en el repositorio institucional, se han obtenido datos estadísticos de uso que reflejan su impacto. En términos de difusión, podemos afirmar que, hasta la fecha

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Siguiendo con el impacto social del trabajo, es importante enfatizar el hecho de que, por su contenido, puede ser asignado a la línea de interés del ODS 7 - Affordable and clean energy, con una probabilidad del 71% según el algoritmo mBERT desarrollado por Aurora University.
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Objetivos del proyecto

El presente trabajo tiene como objetivos principales analizar la estabilidad de redes de corriente continua (DC) bajo diferentes condiciones de carga, implementar un sistema jerárquico de control compuesto por controladores primarios, secundarios y terciarios en un banco experimental, evaluar el control de potencia, recuperación de energía y regulación de voltaje en los niveles primario y secundario, optimizar económicamente la operación mediante un enfoque de control predictivo basado en modelos (MPC), validar experimentalmente las propiedades de cada nivel de control y demostrar los beneficios económicos del MPC, así como validar los modelos de pequeña señal y los límites de estabilidad en un prototipo de laboratorio.
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Resultados más relevantes

El estudio aborda el análisis de estabilidad y el control jerárquico en redes eléctricas de corriente continua (DC). Los resultados más relevantes son: (1) se implementó un sistema de gestión energética con controladores primario, secundario y terciario en un prototipo experimental de microred DC de cuatro nodos; (2) los controladores primario y secundario gestionan el control de potencia, recuperación de energía y regulación de voltaje; (3) el control terciario optimiza económicamente el sistema mediante un enfoque de control predictivo basado en modelo (MPC); (4) se realizó un análisis detallado de estabilidad bajo diversas condiciones de carga, validando los límites de estabilidad y modelos de pequeña señal en laboratorio; y (5) la validación experimental demostró las propiedades de cada nivel de control y los beneficios económicos del MPC.
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