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Pascual Miqueleiz, Julio María

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Julio María

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Ingeniería Eléctrica y Electrónica

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0000-0002-9495-5910

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Fuzzy logic-based energy management system design for residential grid-connected microgrids
(IEEE, 2018) Arcos Avilés, Diego; Pascual Miqueleiz, Julio María; Marroyo Palomo, Luis; Sanchis Gúrpide, Pablo; Guinjoan Gispert, Francesc; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
This paper presents the design of a low complexity fuzzy logic controller of only 25-rules to be embedded in an energy management system for a residential grid-connected microgrid including renewable energy sources and storage capability. The system assumes that neither the renewable generation nor the load demand is controllable. The main goal of the design is to minimize the grid power profile fluctuations while keeping the battery state of charge within secure limits. Instead of using forecasting-based methods, the proposed approach use both the microgrid energy rate-of-change and the battery state of charge to increase, decrease, or maintain the power delivered/absorbed by the mains. The controller design parameters (membership functions and rule-base) are adjusted to optimize a pre-defined set of quality criteria of the microgrid behavior. A comparison with other proposals seeking the same goal is presented at simulation level, whereas the features of the proposed design are experimentally tested on a real residential microgrid implemented at the Public University of Navarre.
Open Access
Estrategias avanzadas de gestión energética basadas en predicción para microrredes electrotérmicas
(2016) Pascual Miqueleiz, Julio María; Marroyo Palomo, Luis; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
El primer objetivo concreto de la tesis consiste en estudiar los perfiles de potencia de los diferentes elementos de la microrred y su interacción, ya sea directa, en el caso de flujos de potencia confluyentes, o indirecta, en el caso de la posible interacción de distintos sistemas (sistema eléctrico y térmico). Este análisis se realiza en el Capítulo 2. El segundo objetivo es el diseño de estrategias de gestión energética para la microrred y evaluación comparativa en base a criterios específicos de calidad. Este objetivo se desarrolla en los Capítulos 3 a 7. En los Capítulos 3 y 4, se desarrollan y analizan estrategias de gestión sin datos de predicción. Las estrategias del Capítulo 3 basan su gestión en el control de la batería en función del balance de potencias instantáneo, mientras que en el Capítulo 4 se desarrollan estrategias de similar estructura, pero basándose en el balance energético diario en la microrred. Consecuencia del análisis de estas primeras estrategias, se verá la necesidad de utilizar predicción de la potencia. Para ello, se analiza en el Capítulo 5 la predicción del consumo y de la generación estudiando por separado los datos medidos por los vatímetros y la estación meteorológica de la microrred, los datos de predicción meteorológica ofrecidos por el servidor utilizado y los modelos físicos que ayudan a transformar los datos de variables ambientales en datos de potencia generada. Posteriormente, en el Capítulo 6 se analizan las ventajas de la utilización de los datos de predicción y cómo utilizarlos, poniéndose en práctica su uso. La estructura del control propuesto es similar a la vista en el Capítulo 4, pero, debido a la naturaleza de los datos de predicción, se desarrolla un nuevo control de la batería basado en el error de la predicción. Este control mejora notablemente los resultados en comparación con los obtenidos en las estrategias previas. No obstante, del análisis de esta estrategia, queda patente la influencia que tiene el sistema térmico sobre el eléctrico, que puede ser negativa si se deja que evolucione de forma independiente. Por el contrario, el sistema térmico puede ser muy beneficioso si la estrategia toma el control del mismo. Así, en el Capítulo 7, se hace uso de una caldera eléctrica gestionable, que hace de nexo entre el sistema eléctrico y el térmico, y un depósito de agua caliente que sirve de almacén de energía térmica. De esta forma, se fusiona la gestión de ambos sistemas creando un único sistema energético, denominado microrred electrotérmica. El tercer objetivo de la tesis es la validación experimental de los resultados obtenidos. Así, realizados los análisis de las distintas estrategias mediante simulación, se prueba su funcionamiento en la microrred instalada en el Laboratorio de Energías Renovables de la UPNA. Su implementación y los resultados obtenidos se detallan en el Capítulo 8. Finalmente, en el Capítulo 9 se repasan las principales conclusiones y se presentan las líneas futuras.
Open Access
Intelligent control of wind-assisted PHEVs smart charging station
(MDPI, 2019) Hassan, Syed Zulqadar; Kamal, Tariq; Riaz, Muhammad Hussnain; Shah, Syed Aamir Hussain; Ali, Hina Gohar; Riaz, Muhammad Tanveer; Sarmad, Muhammad; Zahoor, Amir; Khan, Muhammad Abbas; Pascual Miqueleiz, Julio María; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación
Two technology opportunities, integration of renewable energy sources and the electrification of vehicles are being encouraged to reduce dependency on fossil fuels and pollution problems. Nevertheless, the huge increase of plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) on roads will cause an additional load in demand, especially at rush hours, and therefore, threatens the stability of existing power grids. Considering PHEV stay for several hours in the workplace, (i.e., university), this may provide an inimitable framework to charge PHEV from wind in the workplace. This paper introduces the possibility of introducing intelligent control of wind power and battery storage units as supplementary power sources for future PHEV charging demands during rush hours. The operation of the proposed algorithm is based on the priority levels of PHEVs charging, and fluctuations in DC link voltage levels due to the variation in wind speed. The priorities of PHEVs charging are developed according to their power requirements, maximum rating of distribution transformer and park duration of PHEVs in the workplace during wind speed. Various non-isolated proportional-integral controllers and improved intelligent fuzzy control are used to keep a minimum critical DC link voltage to permit the power conditioning system to operate a charging station uninterruptedly, even at low wind speed. The improved intelligent fuzzy controller also contributes to minimizing the stress on the DC bus and ensures quality output power. The performance of the proposed charging station is verified for the real PHEV under real-world record of wind speed. All the energy sources, electric charging station and their controllers are designed in MATLAB/Simulink. Finally, the feasibility of proposed charging station is checked experimentally in the laboratory.
Open Access
Fuzzy-based energy management of a residential electro-thermal microgrid based on power forecasting
(IEEE, 2018) Arcos Avilés, Diego; Gordillo, Rodolfo; Guinjoan Gispert, Francesc; Sanchis Gúrpide, Pablo; Pascual Miqueleiz, Julio María; Marietta, Martin P.; Marroyo Palomo, Luis; Ibarra, Alexander; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
In this paper, an energy management strategy based on microgrid power forecasting is applied to a residential grid-connected electro-thermal microgrid with the aim of smoothing the power profile exchanged with the grid. The microgrid architecture under study considers electrical and thermal renewable generation, energy storage system (ESS), and loads. The proposed strategy manages the energy stored in the ESS to cover part of the energy required by the thermal generation system for supplying domestic hot water to the residence. The simulation results using real data and the comparison with previous strategy have demonstrated the effectiveness of the proposed strategy.
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On the requirements of the power converter for second-life lithium-ion batteries
(IEEE, 2019) Berrueta Irigoyen, Alberto; San Martín Biurrun, Idoia; Pascual Miqueleiz, Julio María; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
The use of lithium-ion batteries is increasing year after year, especially in the automotive sector. Given the high requirements of electric vehicles, their energy storage systems are discarded when they still have around 70% of its initial capacity. These discarded batteries are being studied as a low-price option for stationary systems, mostly related to renewable energy generation, with lower battery requirements. However, the increasing dispersion of cell capacity detailed in this contribution limits the use of second-life cells if regular battery management systems and power converters. We present in this contribution an experimental comparison of the capacity dispersion between fresh and second-life cells, and detail the relationship between the capacity dispersion and the required BMS functionality. Furthermore, we include the ageing phenomena in the analysis by means of experimental ageing results, given that the capacity dispersion is enlarged as the battery ages. After this, we use this data to quantify advantages and disadvantages of a combined BMS and power converter, based on a multilevel topology, compared to a conventional BMS. The most relevant result, when a 55-cell battery is analysed, is a 65% increase in capacity during its whole second life if the BMS and power converter are combined by means of a multilevel topology. The increased level of complexity required by the combined BMS-power converter architecture is analysed in this contribution, providing a convenient tool for the selection of the most suitable option for each application.
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Implementation and control of a residential electrothermal microgrid based on renewable energies, a hybrid storage system and demand side management
(MDPI, 2014) Pascual Miqueleiz, Julio María; Sanchis Gúrpide, Pablo; Marroyo Palomo, Luis; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
This paper proposes an energy management strategy for a residential electrothermal microgrid, based on renewable energy sources. While grid connected, it makes use of a hybrid electrothermal storage system, formed by a battery and a hot water tank along with an electrical water heater as a controllable load, which make possible the energy management within the microgrid. The microgrid emulates the operation of a single family home with domestic hot water (DHW) consumption, a heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system as well as the typical electric loads. An energy management strategy has been designed which optimizes the power exchanged with the grid profile in terms of peaks and fluctuations, in applications with high penetration levels of renewables. The proposed energy management strategy has been evaluated and validated experimentally in a full scale residential microgrid built in our Renewable Energy Laboratory, by means of continuous operation under real conditions. The results show that the combination of electric and thermal storage systems with controllable loads is a promising technology that could maximize the penetration level of renewable energies in the electric system.
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Energía sostenible: sin malos humos
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 2019) Samanes Pascual, Javier; Pascual Miqueleiz, Julio María; Berrueta Irigoyen, Alberto; Araiz Vega, Miguel; Catalán Ros, Leyre; Aranguren Garacochea, Patricia; Arricibita de Andrés, David; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Ingeniaritza
¿Puede España ser sostenible energéticamente? Si alguna vez te has planteado esta pregunta, o quieres saber en qué gastamos la energía y de dónde podría ser obtenida, aquí encontrarás respuestas. Nuestros recursos renovables son inmensos, pero también lo es nuestro consumo. Este libro no solo se centra en analizar la situación actual y las posibilidades que las energías renovables tienen en nuestro país, sino que, presentando de forma clara los datos sobre nuestro gasto energético, permite a cada lector identificar sus mayores consumos, de tal forma que pueda considerar cómo reducirlos. Energía sostenible. Sin malos humos es la adaptación al caso español, actualizando los datos, del libro publicado hace una década por David MacKay en el Reino Unido. La sostenibilidad es hoy en día una preocupación creciente en la sociedad. Pero a menudo este interés se ve contaminado por cifras enormes que resultan muy complicadas de comprender. Además, todos hemos oído hablar en algún momento sobre pequeños gestos al alcance de nuestra mano que podrían permitir un cambio hacia un modelo sostenible. Nada más lejos de la realidad, pequeñas acciones solo permiten pequeños cambios, y el cambio de modelo energético al que nos enfrentamos requiere grandes acciones. Para deshacernos de todo este ruido, en este libro se presentan los números de forma clara y sencilla, utilizando unidades a nuestro alcance y que son comprensibles por todas las personas. Esto permite identificar de una forma mucho más personal los consumos energéticos de nuestro día a día. A lo largo de la primera parte del libro se van construyendo dos columnas: una de color rojo, que representa la agregación de consumos, y otra de color verde, que representa la capacidad de generación. Estas columnas ofrecen una comparación muy visual de la infraestructura renovable que sería necesaria para mantener nuestro ritmo de consumo energético actual. Además, utiliza números «gordos» obtenidos de la experiencia del día a día. Por ejemplo, para calcular la capacidad de generación eólica se parte de una velocidad de viento estimada a partir de la velocidad típica de un ciclista urbano. Toda esta información se encuentra en la primera parte del libro, en los capítulos del 1 al 18. Sin embargo, este libro no se centra únicamente en el análisis de la situación actual, sino que da un paso más y propone alternativas al modelo energético actual con el fin de alcanzar un modelo 100% renovable a medio plazo. Estas medidas incluyen un aumento importante en la potencia renovable instalada, un aumento en la eficiencia energética y algunos ligeros cambios en nuestro estilo de vida que permitan una reducción del consumo. Por supuesto, los tres frentes deben ser atacados al mismo tiempo. Estas propuestas se recogen en la segunda parte del libro, en los capítulos 19 a 32. Por último, este es un libro divulgativo al alcance de todas las personas, que busca transmitir toda la información de forma clara e intuitiva sin perderse en complicados cálculos. Pero si eres de los que les gustan las cuentas, al final del libro encontrarás un apartado en el que se explica de forma rigurosa muchos de los cálculos simples realizados en las primeras partes del libro. Estos apéndices técnicos forman la tercera parte del libro, son los apéndices de la A hasta la H.
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On the on-site measurement of the degradation rate of crystalline silicon PV modules at plant level
(IEEE, 2018) Pascual Miqueleiz, Julio María; Berrueta Irigoyen, Alberto; Marcos Álvarez, Javier; García Solano, Miguel; Marroyo Palomo, Luis; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación
This paper proposes a method for measuring the degradation rate of crystalline silicon PV modules at plant level in two different ways as a form of verification. As actual levels of degradation rate have been observed to be as low as 0.2%/a, the uncertainties make it difficult to measure this value accurately at plant level. However, despite the low value, it is still important to know the actual degradation rate due to its impact on energy yield. In this paper, two ways of measuring the degradation rate at plant level are proposed. These two methods, with different uncertainty sources, are proposed to be used jointly in order to have a better approach to the real value. Finally, an example of measurement in a 1.78 MW PV plant is presented.
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Influence of the aging model of lithium-ion batteries on the management of PV self-consumption systems
(IEEE, 2018) Berrueta Irigoyen, Alberto; Pascual Miqueleiz, Julio María; San Martín Biurrun, Idoia; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ursúa Rubio, Alfredo; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, PI038 INTEGRA-RENOVABLES
Lithium-ion batteries are gaining importance for a variety of applications due to their improving characteristics and decreasing price. An accurate knowledge of their aging is required for a successful use of these ESSs. The vast number of models that has been proposed to predict these phenomena raise doubts about the suitability of a model for a particular battery application. The performance of three models published for a Sanyo 18650 cylindrical cell in a self-consumption system are compared in this work. Measured photovoltaic production and home consumption with a sampling frequency of 15 minutes are used for this comparison. The different aging predictions calculated by these three models are analyzed, compared and discussed. These comparison is particularized for two management strategies. The first of them maximizes the self-consumption PV energy, while the second reduces the maximum power peak demanded from the grid.
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Adjustment of the fuzzy logic controller parameters of the energy management strategy of a grid-tied domestic electro-thermal microgrid using the Cuckoo search algorithm
(IEEE, 2019) Arcos Avilés, Diego; García Gutiérrez, Gabriel; Guinjoan Gispert, Francesc; Pascual Miqueleiz, Julio María; Marroyo Palomo, Luis; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
During the last century, population growth, together with economic development, has considerably increased the energy demand and, although renewable energies are becoming an alternative, still total energy supply is mainly non-renewable, causing well-known negative effects such as pollution and global warming. On the other hand, technological advances have allowed the development of increasingly efficient distributed generation systems and the emergence of microgrids, whose studies have been focused on architecture, elements, and objectives of the associated energy management strategies. In this regard, energy management strategies based on a Fuzzy Logic controller have been developed for electro-thermal microgrids where parameter optimization has been carried out through heuristic procedures of trial and error with acceptable results but involving a high computational cost. To solve the aforementioned drawbacks, in the present work the use of Cuckoo Search optimization nature-inspired algorithm that allows the adjustment of Fuzzy Logic controller parameters and ensures a higher quality of energy management is proposed. Obtained results show encouraging outcomes for the use of these meta-heuristic optimization algorithms.