Feasibility analysis of microgrid implementation in compliance with the Puerto Rico 9028-PREB regulation

Abstract

In power systems, the implementation of renewable energies has had a great impact and penetration due to the increase in efficiency that has been occurring over the years and the decrease in the prices of the different technologies. These factors have served as the basis for the development and study of microgrids.

Although the microgrids are an excellent solution for several problems present today (global warming, improvements in the distribution system, losses, user costs, etc.), the implementation of these in the power system has brought new challenges due to the variability of sources that depend on environmental factors for energy production. For this reason, it is necessary to structure standards that allow the development and implementation of microgrids without affecting the stability of the system.

This thesis presents a feasibility study of the Puerto Rico Energy Bureau (PREB) microgrid regulation. The study involves a microgrid implementation into a distribution system, assuring the compliance with the 9028-regulation. Solar irradiance and natural gas were the distributed energy resources (DER) used in the solar photovoltaic and combined heat and power generators used in the microgrid.

A southern town in Puerto Rico was chosen to represent the distribution system. A resistive branch model was used to represent the distributions line and an equivalent circuit model was used to represent the Li-ion battery energy storage system of the microgrid. The models and data acquired for this study, was using in MATLAB/SIMULINK and the RT-LAB software for real-time simulation.

En los sistemas eléctricos, la implementación de energías renovables ha tenido un gran impacto y difusión debido al aumento de la eficiencia que ha venido ocurriendo a lo largo de los años y la disminución de los precios de las distintas tecnologías. Estos factores han servido como base para el desarrollo y estudio de las microrredes.

Aunque las microrredes son una excelente solución para varios problemas presentes en la actualidad (calentamiento global, mejoras en el sistema de distribución, pérdidas, costos de usuario, etc.), la implementación de estas en el sistema eléctrico ha traído nuevos desafíos debido a la variabilidad de fuentes de las que dependen de factores ambientales para la producción de energía. Por esta razón, es necesario estructurar estándares que permitan el desarrollo e implementación de microrredes sin afectar la estabilidad del sistema.

Esta tesis presenta un estudio de factibilidad de la regulación de microrred del Departamento de Energía de Puerto Rico (PREB). El estudio involucra la implementación de una microrred en un sistema de distribución, asegurando el cumplimiento de la normativa 9028. La irradiancia solar y el gas natural fueron los recursos empleados para distribuir energía en los generadores solar fotovoltaico y ciclo combinado de potencia y calor, utilizados en la microrred.

Un pueblo al sur de Puerto Rico se seleccionó para representar el sistema de distribución. Se utilizó un modelo de la rama resistiva para representar la línea de distribución y un modelo de circuito equivalente para representar el sistema de almacenamiento de energía de la batería de iones de litio de la microrred. Los modelos y los datos recolectados para este estudio se utilizaron en MATLAB/SIMULINK y en el software RT-LAB para la simulación en tiempo real.