O PTIMIZACIÓN DE LA O PERACION DE S ISTEMAS DE P OTENCIA E LÉCTRICOS Edgardo Daniel Castronuovo.

OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACION

DE

SISTEMAS DE POTENCIA ELÉCTRICOS

Edgardo Daniel Castronuovo

Ingeniero Electricista UNLP - Universidad Nacional de La Plata. La Plata -Buenos Aires - Argentina

Pos-graduación en Ingenieria EconómicaUNLP - Universidad Nacional de La Plata. La Plata -Buenos Aires - Argentina

Master en Ingeniería ElétricaUFSC - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis - SC - Brasil -

Doctorado en Sistemas de EnergiaUFSC - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis - SC - Brasil -

Edgardo Daniel Castronuovo - Presentación

Principales Universidades de Brasil (CAPES/MEC):

• U. Federal de Rio de Janeiro

• U. Federal de Santa Catarina (Florianópolis, SC)

• U. Estadual de Campinas (SP)

Pos-Grado en Brasil

Lato Sensu:

• Especialización

• Actualización.

Stricto Sensu:

• Mestrado (Master o Magister): 2 años

• Doutorado (Ph.D. o Doctor): 4 años

Técnicas de Optimización Lineal y No-Lineal. Mercado Desregulado. Estudios Económico-Energéticos. Programación Paralela y Vectorial.

CEPEL (Centro de Pesquisas de Engenharia Elétrica, Brasil):

Políticas Energéticas (DPP/PEN). Planeamento y Operación de la Red Eléctrica (DPP/POL).

Edgardo Daniel Castronuovo - Presentación

INESC-Porto (Instituto de Eng. de Sistemas e Computadores,

Portugal):

Unidad de Sistemas de Energia. Pos-Doctorado.

SISTEMAS DE

POTENCIA ELÉCTRICA

RESUMEN

Introducción a los Sistemas de Potencia, en particular al Sistema Interconectado Nacional.

Algunas características de los Sistemas de Potencia.

Optimización de la Operación: Objetivos, Herramientas y Formulación Matemática.

Programas Computacionales en Desarrollo y Utilización en el sistema brasilero: características, estado actual y desafios inmediatos.

Mayor máquina inventada por el Hombre en la História.

Sistema de Potencia

El sistema de potencia nacional es formado por las empresas de todas las regiones de nuestro país. El mercado eléctrico está dividido en dos regiones: el MEM y MEMSP.

Sistema Interconectado Nacional (SIN)

Integrado por:

•Usinas;

•Lineas de Transmisión o Transporte;

•Estaciones y Sub-estaciones transformadoras;

•Otros equipos de operación y control.

Generación Térmica:

Sistema Interconectado Nacional (SIN) - Generación

(Junio de 2002)

Fonte: CAMMESA

Tipo Generación Disponíble(MW)

%

TV 4515 36TG 2019 16DI 4 -CC 6049 48

TOTAL 12587 100


(Junio de 2002)

Tipo Generación Disponíble(MW)

%

Térmicas 12587 56Hidráulicas 8925 40

Nuclear 1005 4TOTAL 22.517 100

Generación Total:

Fonte: CAMMESA

Demanda: 13.428 MW

Capacidad de Generación - Demanda =

Capacidad Excedente de Generación de 40,36 %

Posibilidad de Elegir la Generación mas adecuada


(Junio de 2002)

Potencia Disponible: 22.517 MW

(22.517 - 13.428) MW9.089 MW

Algunas Características de los Sistemas de Potencia

Variación en Tiempo Real:

•Demanda Aleatória;

•Imposibilidad de almazenar energia electrica.

Operación de numerosos equipamientos en simultáneo (confiabilidad).

Observabilidad del Sistema por medio de:

•Equipos de medida;

•Telemetria (sistema SCADA).

Objetivos de la Operación

Entregar Energia Eléctrica,

Confiable,

con Calidad de Servicio y al

Menor Costo para el Usuário.

Operación del Mercado (Red Económica)

Herramientas

Matemática:

• Las mediciones entregan números, los cuales son nuestra única fuente de información. Estas mediciones pueden ser de variables contínuas (tensión, potencia), o discretas (conección de lineas, taps);

• Investigación contínua de nuevos métodos matemáticos.

Ferramentas

Informática:

• La representación del sistema es realizada por medio de un conjunto de ecuaciones matemática de gran dimensión;

• Hoy, el tratamiento de los problemas debe ser realizado por computador;

• Los problemas de sistemas de potencia son específicos;

• Utilización de nuevos desarrollos en software y hardware (programación Paralela y Vectorial).

Matemática.

Ferramentas

Modelos de Redes:

• El sistema físico es representado por ecuaciones matemáticas;

• Buscan representar (siempre aproximadamente) la complejidad de los componentes físicos;

• Continuamente aparecen nuevos equipamientos, o es solicitada una mejor representación de los componentes.

Matemática.

Informática.

Optimización de la Operación

Los Programas de Flujo de Potencia consisten en la resolución de un conjunto de ecuaciones no lineales.

Flujo de Potencia Óptimo: busca obtener la “mejor” solución de las ecuaciones de la red, bajo un determinado critério.

El Flujo de Potencia Óptimo es una herramienta computacional de gran potencial, principalmente para la operación de sistemas desregulados con optimización centralizada. Es formulado como un problema de optimización matemática.

Minimizar f(x)sujeto a g(x) = 0

h(x) 0

PROBLEMA:

El sistema físico es modelado en las restricciones de igualdad y desigualdad.

Restricciones de Igualdad:

Balance de Potencias, otras igualdades (Intercambio).

Restricciones de Desigualdades:

Limites en las capacidades de los componentes del sistema, Restricciones operacionales (tensión en las barras), Restricciones de seguridad.


Función Objetivo:

Existe una variedad de funciones objetivo posibles para ser utilizadas en la operación de la red eléctrica, relacionadas al objetivo de estudio.

•Mínimo Costo de Potencia Activa;

•Minimización de las Pérdidas de Potencia Activa;

•Mínima Diferencia de una Distribución de Potencias Pré-especificadas;

•Mínimo Corte de Carga; etc.


h(x) 0

PROBLEMA:


Dificultades en la solución del Problema de Optimización:

• Grande Dimensión;

• No lineal;

• Solución Compleja (P+jQ).


Existen numerosos métodos de solución del problema de optimización:

•Newton;

•Gradiente;

•Simplex;

•Puntos Interiores


2*h2=O

2*h1=

A

O

A

OB

C

D

E

El Método de Puntos Interiores

m Mi km k m km k m km km k m km iFl a V V G cos B s en Fl

m Mi i iPg Pg Pg

m Mi i iQg Qg Qg m Mi i iV V V m Mi i ia a a

i

ng2

i i i ii 1

a b Pg c Pg

Minimizar

i km k m km k m km km k m km im K

Pg a V V G cos B s en Pl 0

i km k m km k m km km k m km i

m K

Qg a V V G sen B cos Ql 0

Sujeto a:

Variables:


i

ng2

i i i ii 1

a b Pg c Pg

Minimizar

i km k m km k m km km k m km im K

Pg a V V G cos B s en Pl 0

i km k m km k m km km k m km i

m K

Qg a V V G sen B cos Ql 0

Sujeto a:

m Mi km k m km k m km km k m km iFl a V V G cos B s en Fl

m Mi i iPg Pg Pg

m Mi i iQg Qg Qg m Mi i iV V V m Mi i ia a a

f ( x )

g( x ) 0

Sujeto a:

h( x ) 0



h(x) 0

PROBLEMA:

o o o o of (x ) g(x )* h(x )* 0

o oh(x ) s 0o o[ ]*s

o o os , , 0

Condiciones de Optimalidad:

og(x ) 0

2x h gx

t

ht

g

gg

L( x, , )L h( x ) g( x ) 0 xh( x )h( x ) 0 0 0

* g( x ) sg( x ) 0 0 e

s es0 0 s

k 1 kp

k 1 kp

k 1 kg g d g

k 1 kh h d h

x x x

s s s

Solución Iterativa:

Programa FLUPOT

Calcula el estado de la red, respetando las restricciones presentes en el sistema.

Representa:

• 15 Funciones Objetivo;

• Controla 11 tipos de variables en equipos eléctricos;

• Mas de 12 clases de restricciones.

Programado en Fortran.

En utilización por el Operador Nacional del Sistema (ONS) brasilero.

Programa FLUPOT

Capacidad del Programa:

• 3000 barras;

• 5250 Circuitos;

• 2100 Transformadores;

• 1260 Transformadores Controlables;

• 750 Generadores;

• 50 Contingencias (entrada o salida de lineas, generadores, transformadores, etc.)

Programa FLUPOT

Tareas en Desarrollo:

• Interfase Gráfica;

• Representación de Transformadores Controlables en Paralelo;

• Redefinición de las areas de Control e Observación;

• Análisis de la implementación de nuevas versiones de los Métodos de Puntos Interiores en el FLUPOT.

Programa PREDESP

Busca calcular un despacho de generación óptimo para el dia horizonte de programación, considerando:

Red HidráulicaRed Eléctrica CA

Programa PREDESP

Considera, además de las restricciones eléctricas del FLUPOT, las restricciones hidráulicas de:

• Equilibrio de agua;

• Limites de los embalses, turbinamiento e vertimiento;

• Restricciones especiales en rios y usinas (Canal Pereira Barreto, navegabilidad, Rio Paraná);

• Usinas Bombeadoras ; etc.

Realiza la coordinación entre la cadena de planeamiento energético y la operación eléctrica del sistema.

Programa PREDESP

Acoplamiento Temporal:

• Costo del Agua;

• Tiempo de Viaje del Agua;

• Limites de carga en las unidades generadoras;

• Usinas Bombeadoras.

Programa PREDESP

Tareas en Desarrollo:

• Consideración en el modelo de equipamientos eléctricos todavia no considerados;

• Optimización de la interfase con el programa DESSEM, último de la cadena de planeamiento;

• Tratamiento del Bang-Bang de las usinas hidráulicas;

Conclusiones

Hemos buscado mostrar:

• Panorama de la Optimización de la Operación Eléctrica;

• Los desafios que tenemos que enfrentar: como ingenieros (en la operación del sistema) y como investigadores (en la búsqueda de la representación mas adecuada y la solución mas robusta y rápida);

• La importancia de la búsqueda de la mejor solución (Optimización) en la operación eléctrica.

Encentivar a los futuros investigadores en esta area de gran futuro profesional.

Edgardo Daniel Castronuovo

[email protected]

OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACION

DE

SISTEMAS DE POTENCIA ELÉCTRICOS

O PTIMIZACIÓN DE LA O PERACION DE S ISTEMAS DE P OTENCIA E LÉCTRICOS Edgardo Daniel Castronuovo.

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