OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACION SISTEMAS DE POTENCIA ELÉCTRICOS Edgardo Daniel Castronuovo

Edgardo Daniel Castronuovo - Presentación Ingeniero Electricista UNLP - Universidad Nacional de La Plata. La Plata -Buenos Aires - Argentina Pos-graduación en Ingenieria Económica Master en Ingeniería Elétrica UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis - SC - Brasil - Doctorado en Sistemas de Energia

Pos-Grado en Brasil Lato Sensu: Especialización Actualización. Stricto Sensu: Mestrado (Master o Magister): 2 años Doutorado (Ph.D. o Doctor): 4 años Principales Universidades de Brasil (CAPES/MEC): U. Federal de Rio de Janeiro U. Federal de Santa Catarina (Florianópolis, SC) U. Estadual de Campinas (SP)

Edgardo Daniel Castronuovo - Presentación 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). 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 Mayor máquina inventada por el Hombre en la História.

Sistema Interconectado Nacional (SIN) 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. Integrado por: Usinas; Lineas de Transmisión o Transporte; Estaciones y Sub-estaciones transformadoras; Otros equipos de operación y control.

Sistema Interconectado Nacional (SIN) - Generación (Junio de 2002) Generación Térmica: Fonte: CAMMESA

Sistema Interconectado Nacional (SIN) - Generación (Junio de 2002) Generación Total: Fonte: CAMMESA

Sistema Interconectado Nacional (SIN) - Generación (Junio de 2002) Potencia Disponible: 22.517 MW Demanda: 13.428 MW Capacidad de Generación - Demanda = (22.517 - 13.428) MW 9.089 MW Capacidad Excedente de Generación de 40,36 % Posibilidad de Elegir la Generación mas adecuada

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 Matemática. 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).

Ferramentas Matemática. Informática. 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.

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.

Optimización de la Operación 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.

Optimización de la Operación Minimizar f(x) sujeto a g(x) = 0 h(x)  0 PROBLEMA: 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.

Optimización de la Operación Dificultades en la solución del Problema de Optimización: Grande Dimensión; No lineal; Solución Compleja (P+jQ).

Optimización de la Operación Existen numerosos métodos de solución del problema de optimización:  A O B 2*h2= O 2*h1=   A  Newton; Gradiente; Simplex; Puntos Interiores C D E

El Método de Puntos Interiores Variables: Minimizar Sujeto a:

El Método de Puntos Interiores Minimizar Sujeto a: Sujeto a:

El Método de Puntos Interiores Minimizar f(x) sujeto a g(x) = 0 h(x)  0 PROBLEMA: Solución Iterativa: Condiciones de Optimalidad:

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 Eléctrica CA Red Hidráulica

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.

OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACION SISTEMAS DE POTENCIA ELÉCTRICOS Edgardo Daniel Castronuovo edcastronuovo@yahoo.com