DESPACHO DE ENERGIA EN MERCADOS ELECTRICOS COMPETITIVOS

DESPACHO DE ENERGIA EN MERCADOS ELECTRICOS COMPETITIVOS EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA ELECTRICA CON ESPECIALIDAD EN POTENCIA PRESENTA ADAN ALBERTO LAREZ CORDOVA MONTERREY, NUEVO LEON SEPTIEMBRE DE?M3

TM 25853. M2 FIME 20Q3 L3

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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO DESPACHO DE ENERGIA EN MERCADOS ELECTRICOS COMPETITIVOS TESIS EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA ELECTRICA CON ESPECIALIDAD EN POTENCIA PRESENTA ADAN ALBERTO LAREZ CORDOVA MONTERREY. NUEVO LEON SEPTIEMBRE DE 2003

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO DESPACHO DE ENERGIA EN MERCADOS ELECTRICOS COMPETITIVOS TESIS EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA ELECTRICA CON ESPECIALIDAD EN POTENCIA PRESENTA ADAN ALBERTO LAREZ CORDOVA

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA DIVISION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO Í/.A.N.W- DESPACHO DE ENERGIA EN MERCADOS ELECTRICOS COMPETITIVOS TESIS EN OPCION AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA ELECTRICA CON ESPECIALIDAD EN POTENCIA PRESENTA ADAN ALBERTO LAREZ CORDOVA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO Ls miembrs del cmité de tesis recmendams que la tesis DESPACHO DE ENERGÍA EN MERCADOS ELÉCTRICOS COMPETITIVOS, realizada pr el Ing. Adán Albert Lárez Córdva, matrícula 1032244 sea aceptada para su defensa cm pción al grad de Maestr en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica cn especialidad en Ptencia. El Cmité de Tesis Dr. Rlrenci Abytes García / Asesr Dr. MiguefÉscalante Gutiérrez Casesr VcTgT Dr. Guadalupe Aíáa a ÍÍÜ&Rdríguez División de Estudis de^pstgrad Mnterrey, N.L., 10 de septiembre del 2003

DEDICADO A la memria de mi madre María del Scrr, gracias pr td l que me diste, en especial pr darme la vida. A mi padre Filibert, hmbre fuerte, inquebrantable y de buen crazón. A mi espsa Verónica, pr td el cariñ, paciencia y cmprensión incndicinal que me has entregad. A mis hermans, pr td el apy que me han brindad.

AGRADECIMIENTOS Mi gratitud al Dr. Flrenci Abytes García pr la asesría que me brindó en este trabaj y pr la cnfianza y mtivación que me dió para el buen desarrll del mism. A ls prfesres sindales M.C. Juan Jsé Guerrer Garza y Dr. Miguel Escalante Gutiérrez, cuys cmentaris y sugerencias que han servid para el mejr desempeñ de este trabaj. A ls prfesres del Prgrama Dctral de la FIME: Dr. Oscar Chacón, Dr. Jrge Altuve Ferrer, Dr. Rgeli Ramírez Barradas, Dr. Ernest Vázquez Martínez, Dr. Salvadr Acha Daza pr transmitirme sus cncimients, bteniend cn ell una mejr preparación para culminar cn la elabración de este trabaj. A tds ls cmpañers del Prgrama Dctral pr ls buens mments que pasams junts. A Alma Ruth Plata Ramírez pr td el apy brindad durante el prces de crreccines realizadas al presente trabaj. maestría. A la Universidad Autónma de Nuev León pr el apy brindad durante la Al CONACYT pr su valis apy ecnómic.

RESUMEN DESPACHO DE ENERGIA EN MERCADOS ELECTRICOS COMPETITIVOS Publicación N. Adán Albert Lárez Córdva, M. C. en Ing. Eléctrica Universidad Autónma de Nuev León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Septiembre del 2003 Prfesr Asesr: Flrenci Abytes García, Ph. D. La reestructuración de la industria eléctrica en muchs países del mund han prpiciad el desarrll de mercads cmpetitivs cn el bjetiv de reducir ls precis de la energía eléctrica e intrducir innvación en tecnlgía, cm resultad de la cmpetencia en la generación y suministr del servici eléctric. Ls algritms de Flujs Optims (FO) sn herramientas básicas para el análisis y la planificación de la peración de Sistemas Eléctrics de Ptencia (SEP). En este trabaj sn utilizadas para evaluar el funcinamient de ls mercads eléctrics cmpetitivs. El prblema se mdela estableciend una función bjetiv y restriccines que definen el cmprtamient del sistema, l que da lugar a una frmulación de ptimización n lineal de gran escala. En la peración de SEP's se cnsideran diverss aspects técnics y ecnómics, que sn mdelads en la frmulación matemática cm restriccines. De esta frma se cntrla el cmprtamient del sistema y se asegura su funcinamient en términs de calidad y seguridad.

El trabaj desarrllad utiliza el Tlbx de Optimización de Matlab (TOM). Este paquete de ptimización es muy versátil, ya que puede manejar cualquier prblema de prgramación lineal n lineal. En la tesis se estudia en frma específica el prblema de Despach Ecnómic (DE) y se presentan cass para ilustrar diverss aspects de la mdelación del prblema; asi cm para evaluar el desempeñ del TOM. El trabaj detalla y evalúa una frmulación del prblema de despach de energía cnsiderand agentes intermediaris (brkers). Cn este esquema es psible definir las transaccines de cmpra/venta de energía en un períd de tiemp en base a infrmación de diverss participantes y buscar la mejr pción para las transaccines entre ls invlucrads. También se presenta el análisis de un mercad cmpetitiv dnde ls participantes prpnen fertas para la cmpra y venta de energía. Se ilustra la determinación del preci de mercad y se analiza el efect de las restriccines de transmisión, cumpliend en tds ls cass cn ls requerimients de generadres y cargas. Finalmente, se presentan las cnclusines del trabaj y se hacen recmendacines para trabajs futurs en este tema de investigación.

INDICE Página Dedicatria Agradecimients Resumen Indice de figuras Indice de tablas v vi vi i xiii xiv INTRODUCCION 1 1.1. Mtivación l 1.2. Flujs óptims 3 1.3. Antecedentes 5 1.4. Perspectivas mundiales 6 1.5. Objetiv y cntenid de la tesis 7 FLUJOS OPTIMOS (FO)/DESPACHO ECONOMICO (DE) 9 2.1. Intrducción 9 2.2. El prblema de despach ecnómic 10 2.2.1. Despach ecnómic sin pérdidas 10 2.2.2. Despach ecnómic cn pérdidas H 2.2.3. Restriccines de igualdad en el despach ecnómic 12 2.2.4. Restriccines de desigualdad en el despach ecnómic 13 2.3. Herramientas y métds para la slución del despach ecnómic 13

2.3.1. Métds n lineales para la slución del despach ecnómic en frma generalizada usads pr el TOM 16 2.3.2. Prgramación lineal para la slución del despach ecnómic 17 2.4. Slución del prblema de despach ecnómic 18 2.5. Resumen 29 3. TRANSACCIONES DE ENERGIA MTJLTIAREA 3 0 3.1. Intrducción 30 3.2. Sistema de intercambi 31 3.3. Sistema de agentes intermediaris (Brkers) 31 3.3.1. Beneficis pr el intercambi de energía 32 3.3.2. Algritm mediante prgramación lineal 33 3.3.3. Aplicación en sistema de prueba 35 3.3.4. Aplicación del cst del prte 3 8 3.4. Resumen 42 4. MECANISMOS PARA DETERMINAR PRECIOS DE LA ENERGIA BASADOS EN.OFERTAS DE LOS PARTICIPANTES 43 4.1. Intrducción 43 4.2. Estrategias para el intercambi de energía en un sistema eléctric 43 4.2.1. Aplicación de estrategias en el sistema eléctric 44 4.3. Aplicación de la técnica 46

4.4. Variantes de la técnica de cntrats bilaterales 49 4.5. Resumen 59 5. PRECIOS DE ENERGIA BASADO EN COSTOS MARGINALES 61 5.1. Intrducción 61 5.2. Mercad eléctric 62 5.2.1. Oferta, benefici y preci de mercad 63 5.3. Determinación del preci de mercad de acuerd al cst marginal 63 5.3.1. Cas 1 67 5.3.2. Cas 2 68 5.3.3. Cas 3 70 5.4. Mercad de energía cn restriccines en el sistema de transmisión 73 5.5. Análisis de sensitividad en la determinación del preci de mercad 82 5.5.1. Determinación del preci de mercad 83 5.6. Resumen 86 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 88 6.1. Cnclusines 88 6.1.1. Tendencias de la industria eléctrica 88 6.1.2. El prblema de flujs óptims / despach Ecnómic 89 6.1.3. Transaccines de energía multi-área 90

6.1.4. Mecanisms para determinar precis de la energía basad en fertas de ls participantes 6.1.5. Precis de energía basad en csts marginales 6.2. Aprtacines de la tesis 6.3. Recmendacines para trabajs futurs 94 91 92 93 REFERENCIAS 95 APENDICE A 98 APENDICE B 108 APENDICE C 111

INDICE DE FIGURAS Figura Página 2.1 Sistema de prueba para el estudi de despach ecnómic. 19 2.2 Cst incremental pr blques de generación. 27 3.1 Diagrama esquemátic para la intercnexión de sistemas. 35 4.1 Mdel de cmpetencia al mayre. 44 4.2 Sistema de 12 nds, 7 generadres. 47 4.3 Representacines aprximadas de la curva de entrada/salida. 57 5.1 Reestructuración de la industria eléctrica. a)antes, b)después. 62 5.2 Sistema de ptencia para el mercad eléctric. 66 5.3 Oferta y demanda hraria para transaccines dnde ls cmpradres n impnen cndicines al preci de la energía. 67 5.4 Características del cnsum y venta de energía en función del preci. a)ofertas de cmpradres. b)ofertas de vendedres. 69 5.5 Características del cnsum y venta de energía maximizand el benefici. 71 5.6 Sistema de ptencia para el prblema cn restriccines de flujs de ptencia. 74 5.7 Oferta y demanda para la minimización de la función bjetiv cn restriccines de fluj. 76 5.8 Sistema eléctric dividid pr las restriccines de fluj. 77 Al Sistema de ptencia para el ejempl A4. 106

INDICE DE TABLAS Tabla Página 2.1 Reprte ndal del despach del sistema n lineal. 20 2.2 Csts incrementales de las restriccines del sistema n lineal. 21 2.3 Flujs de ptencia en las líneas del sistema. 21 2.4 Reprte ndal del despach lineal, restriccines n lineales. 22 2.5 Csts incrementales de las restriccines para el cas lineal cn restriccines n lineales. 23 2.6 Flujs de ptencia en las líneas para el cas lineal cn restriccines n lineales. 23 2.7 Reprte ndal del despach para el cas n lineal cn restriccines en flujs de ptencia. 24 2.8 Csts incrementales de las restriccines para el cas n lineal cn restriccines en flujs de ptencia. 24 2.9 Flujs de ptencia en las líneas para el cas n lineal cn restriccines en flujs de ptencia. 25 2.10 Reprte ndal del despach del sistema lineal. 25 2.11 Csts incrementales de las restriccines del sistema lineal. 26 2.12 Flujs de ptencia en las líneas del sistema lineal. 26 2.13 Reprte ndal del despach del sistema lineal pr blques de generación. 28 2.14 Niveles de generación. 28 2.15 Flujs de ptencia en las líneas del sistema lineal. 28 2.16 Csts incrementales de las restriccines del sistema lineal pr blques de generación. 29 3.1 Dats del intercambi de energía, cutas de cmpra y de venta. 36 3.2 Parámetrs de la función bjetiv. 36 3.3 Resultads del intercambi de energía. 37

INDICE DE TABLAS (cntinuación) Tabla Página 3.4 Benefici y preci de transacción de la peración de intercambi. 37 3.5 Parámetrs de la fiinción bjetiv para el intercambi de energía entre áreas n cntinuas. 39 3.6 Resultads del prte. 39 3.7 Benefici y precis de transacción de la peración de intercambi. 40 3.8 Resultads del prte cn límites en la transacción de intercambi. 40 3.9 Beneficis y precis de transacción cn límites en la transacción de intercambi. 41 3.10 Multiplicadres de Lagrange asciads a la restricción de transmisión. 41 4.1 Clcación de la carga. 47 4.2 Clcación del suministr de ptencia. 48 4.3 Flujs de ptencia pr las líneas y csts de transmisión. 49 4.4 Clcación de la demanda. 50 4.5 Clcación del suministr de ptencia. 50 4.6 Multiplicadres de Lagrange 51 4.7 Flujs de ptencia pr las líneas y csts de transmisión 51 4.8 Clcación de la demanda. 52 4.9 Clcación del suministr de ptencia. 52 4.10 Flujs de ptencia pr las líneas. 53 4.11 Clcación de la demanda. 54 4.12 Clcación del suministr de ptencia. 54 4.13 Flujs de ptencia pr las líneas y csts de transmisión. 55 4.14 Clcación de la demanda. 56 4.15 Clcación del suministr de ptencia. 56

Tabla INDICE DE TABLAS (cntinuación) Página 4.16 Clcación del suministr de ptencia. 58 4.17 Flujs de ptencia pr las líneas y csts de transmisión cuand se tienen ds blques de generación de las máquinas. 59 5.1 Dats de la red de transmisión del sistema eléctric. 66 5.2 Ofertas establecidas pr ls vendedres. 67 5.3 Ofertas prpuestas pr ls cmpradres. 67 5.4 Flujs de ptencia pr las líneas. 68 5.5 Clcación del suministr de energía maximizand el benefici. 68 5.6 Flujs de ptencia para el cas dnde se maximiza el benefici. 70 5.7 Clcación del suministr de energía maximizand el benefici. 72 5.8 Flujs de ptencia pr las líneas. 72 5.9 Ofertas establecids pr ls vendedres cn tres blques de generación pr máquina. 74 5.10 Clcación del suministr de energía minimizand el cst cn restriccines de fluj de ptencia. 75 5.11 Flujs de ptencia pr las líneas. 75 5.12 Resultads de la minimización cn restriccines de fluj. 76 5.13 Precis de mercad y csts asciads. 77 5.14 Resultads de la maximización del benefici cn restriccines de fluj. 78 5.15 Precis de mercad y csts asciads en la maximización del benefici. 78 5.16 Resumen de ls cass de precis de energía 80 5.17 Factres de sensitividad. 83 5.18 Preci de mercad pr blques de carga maximizand el benefici. 86 Al Reprte ndal del despach del sistema n lineal. 102 A2 Csts incrementales de las restriccines del sistema n lineal. 103

INDICE DE TABLAS (cntinuación) Tabla Página A3 Flujs de ptencia en las líneas del sistema 103 A4 Reprte ndal del despach lineal, restriccines n lineales. 104 A5 Csts incrémentales de las restriccines para el cas lineal, restriccines n lineales. 104 A6 Flujs de ptencia en las líneas para el cas lineal, restriccines n lineales. 105 A7 Reprte ndal del despach para el cas lineal. 106 AB Csts incrémentales de las restriccines para el cas lineal. 107 A9 Flujs de ptencia en las líneas del sistema lineal. 107 B1 Dats de las líneas de transmisión. 109 B2 Dats de generación. 109 B3 Dats de la carga. 109 B4 Cst linealizad de la curva del generadr 1 109 B5 Cst linealizad de la curva del generadr 2 110 Cl Dats de generación y carga. 112 C2 Dats de las líneas de transmisión. 112 C3 Ofertas de energía ($/Mw) y precis de reservación 113 C4 Ofertas de energía ($/Mw) para el segund blque de generación de las máquinas. 113 C5 Csts de transmisión. 113

CAPITULO 1 INTRODUCCION 1.1 MOTIVACION Día cn día se incrementa la cmplejidad de ls sistemas eléctrics c ptencia (SEP's) debid a su tendencia natural a desarrllarse y al us creciente de nuevas tecnlgías, adicinalmente existe presión legal y scial para lgrar un suministr eficiente y sin interrupcines a ls usuaris del sistema. La reestructuración de la industria eléctrica tiene cm meta btener beneficis cn precis bajs y la intrducción de innvación en el sectr a través de mercads cmpetitivs en prducts y servicis de electricidad. El mercad de energía es la habilidad de un vendedr particular de un grup de vendedres de mantener ls precis prvechsamente arriba de ls niveles cmpetitivs pr un perid de tiemp significante. El sectr energétic se ha mvid hacia un escenari en el que la meta es tener mayr acces a prducts y servicis de petróle, gas y electricidad, así cm abrir mejres pcines en servicis a ls clientes.

La reestructuración en mercads de electricidad y ls resultads del Federal Energy Regulatry Cmmisin (FERC) Merger Guideline, (rganism regulatri estadunidense) ha mtivad un gran interés en el estudi de mercads de electricidad [14]. Muchs estudis revisan la estructura y administración del mercad; sin embarg, n se ha hech el suficiente trabaj para investigar el impact de ests elements en ls SEP's. En la peración de ls SEP's se cmbinan ds aspects muy imprtantes, ls cuales están relacinads: la seguridad y la ecnmía. La seguridad en un sistema de ptencia se puede definir cm la capacidad del sistema de ptencia para suministrar la demanda ante la presencia de alguna cntingencia. Las cntingencias se identifican en un estándar de seguridad para verificar el funcinamient del sistema ante la currencia de las mismas. Para perar el sistema de manera segura se deberán de tener márgenes perativs adecuads, ls cuales se determinan pr medi de un análisis de cntingencias. El tr aspect imprtante en la peración de un SEP es el ecnómic, el cual está relacinad principalmente cn el cmbustible que se cnsume durante un perid específic de tiemp. Así, el bjetiv principal en la peración de un sistema de ptencia es suministrar la demanda a un cst mínim, cumpliend requisits de calidad y seguridad perativa. En mercads de energía, ls factres físics - la red de transmisión y su peración - y ls factres ecnómics - la estructura del mercad y sus reglas - sn elements determinantes en su funcinamient. Pr l anterirmente expuest, es necesari extender las herramientas dispnibles para el análisis de la peración ecnómica de ls SEP's para incrprarls adecuadamente en un mercad cmpetitiv. La extensión requiere mdelar tdas las partes individuales del sistema de ptencia y cnsiderar las fertas que presenten ls particulares interesads en participar en el despach de energía cmpetitiv. Además, sigue siend necesari evaluar las psibles cntingencias que se pudieran presentar en el sistema durante su peración en un perid específic de tiemp, reflejand también, el cmprtamient eléctric nrmal y sus límites perativs.

En un SEP siempre se definen límites perativs para mantener la seguridad del sistema y el cmprtamient individual de ls generadres, red de transmisión y subestacines de transfrmación. En especial es imprtante tener cntrl sbre ls flujs de ptencia y las magnitudes de vltajes en td el sistema. En la peración de mercads eléctrics cmpetitivs, tdas las peracines que se realicen van a tener un valr ecnómic; es decir, la generación, las pérdidas, el transprte de energía, así cm el mantenimient de ls elements del sistema tienen un cst. Dich l anterir, es necesari que el sistema pere en un punt óptim, sin que ningún participante salga perjudicad. Así, el aspect ecnómic, la seguridad y las transaccines de energía establecen ls aspects relevantes de la peración del sistema eléctric. En este ambiente desregulad es necesari tener un cntrl más eficiente y precis del fluj de ptencia en ls diferentes circuits de la red de transmisión, tant desde el punt de vista de la seguridad perativa, cm pr las transaccines ecnómicas que se establezcan en la peración del sistema. Para lgrar un cntrl más eficiente del fluj de ptencia en enlaces entre áreas en circuits específics, se puede cntar cn sistemas de transmisión flexibles en crriente alterna (FACTS) [12], cnsladres de taps de ls transfnnadres, transfrmadres defasadres [13], etc. Ls FACTS y sus cntrles asciads sn dispsitivs electrónics que buscan mdificar las variables del vltaje y crriente y/ ls parámetrs de la red para lgrar un cntrl direct del fluj de ptencia y cn ell incrementar la capacidad de las líneas de transmisión y al mism tiemp cumplir cn ls criteris de seguridad y de peración preestablecids. Ls transfrmadres defasadres permiten también cntrlar el fluj de ptencia mediante una cnexión especial en el transfrmadr a través de la cual se btiene una cmpnente de vltaje que prduce un cambi de fase en ls vltajes. 1.2 FLUJOS OPTIMOS (FO) El prblema de Flujs Optims (FO) [9, 16, 17, 18] ha evlucinad desde la investigación sbre métds y prgramación matemática hasta las aplicacines en

centrs de cntrl y áreas de planificación. Ls trabajs hechs pr Carpentier en 1962 [1] tmarn tiemp para llegar a un algritm adecuad. El bjetiv de estudi de FO es btener una slución óptima para el despach de generación tmand en cuenta la seguridad del sistema. Una de las funcines bjetiv más cmúnmente usadas en estudis de FO es el cst de la generación, que a su vez tma en cuenta el cst del cmbustible que se requiere para la prducción de energía eléctrica, en este cas el prblema de FO crrespndiente recibe el nmbre de Despach Ecnómic (DE). Matemáticamente el prblema de FO se puede escribir cm: Min f{x) Sujet a g(x) = 0 (1.1) h(x) < 0 dnde la función bjetiv f(x) puede representar: El cst variable de peración. Las pérdidas de ptencia en el sistema. Cst de generación de ptencia reactiva. El cst de accines y ajustes en cntrles. Cst pr cmpensación de ptencia reactiva. La función bjetiv más cmúnmente usada es el cst de generación de ptencia activa, la cual está asciada al cnsum de cmbustible para suministrar una demanda establecida. La función g(x), representa las restriccines de igualdad en la red eléctrica, que sn las ecuacines de balance de ptencia ndal y alguna cndición adicinal establecida. Las restriccines de igualdad se representan pr las ecuacines de flujs de ptencia, razón pr la cual el prblema recibe el nmbre de flujs óptims. La expresión h(x), representa las restriccines de desigualdad, dnde se incluyen ls límites perativs y de seguridad en el sistema, entre ells: Límites en vltajes ndales. Límites en ptencias activas y reactivas en generadres. Límites en fluj de ptencia.

Límites en intercambis de ptencia (en un grup de líneas entre sistemas distints). Límites de taps en transfrmadres. Límites en ángul de defasamient en transfrmadres defasadres. Restriccines de reserva de ptencia reactiva. El prblema de FO es usualmente de naturaleza n lineal, y se han aplicad métds de ptimización n lineal y métds lineales cn prcess iterativs [1,13]. 1.3 ANTECEDENTES La industria eléctrica en td el mund está en un perid de cambi y de reestructuración. El paradigma tradicinal de empresas verticalmente integradas está siend reemplazad pr mercads cmpetitivs de servicis eléctrics cn estructuras desagregadas. En Méxic, el 23 de Diciembre de 1992 se publicarn en el Diari Oficial de la Federación (DOF) las mdificacines a la Ley del Servici Públic de Energía Eléctrica (LSPEE), estableciénd diversas mdalidades de la participación privada en ls servicis de generación de energía eléctrica, ls cuales sn: autabastecimient, cgeneración, prducción independiente, pequeña prducción; cuya energía también puede usarse para la exprtación imprtación de energía eléctrica. En 1995 se publicó en la Ley de la Cmisión Reguladra de Energía (CRE) [15], cnfiriend: atribut para trgar y revcar permiss de cnstrucción de plantas generadras, aprbar las metdlgías para el cálcul de las cntra-prestacines pr ls servicis de transmisión, transfrmación y distribución de energía eléctrica, además de la cmpra de energía eléctrica para el servici públic y aprbar ls mdels de cnvenis y cntrats de adhesión para la realización de las actividades reguladas. En Estads Unids de América (USA), se han desarrllad mercads "spt", (palabra usada pr la bibligrafía americana, que se refiere a la energía que está a la venta en un instante determinad) dnde el preci de la generación de electricidad está basad en el cst de la peración de la unidad generadra más cara necesitada para

suministrar la demanda a las cargas; es decir, el cst marginal de la prducción. Usualmente este mercad maneja un vlumen pequeñ del mercad ttal debid principalmente a la vlatilidad del preci, pr l que ls grandes cnsumidres pueden negciar cn prductres a precis bajs mediante cntrats bilaterales. 1.4 PERSPECTIVAS MUNDIALES El sectr energétic mundial, desde hace alguns añs, se ha mvid hacia un escenari en el que la meta cnsiste tener libre acces a prducts y servicis de petróle, gas y electricidad, así cm la bligación de mejrar el servici al cnsumidr final para tener una mejr calidad de vida. La transfrmación hacia mayres niveles de cmpetencia y eficiencia ha sid la cmbinación de varis factres. En primer lugar, el avance en ls prcess de desregulación bservads alrededr del mund, ha dinamizad la peración de ls mercads al reducir barreras de entrada y prprcinar esquemas de cmpetencia. En segund lugar, el cambi tecnlógic que hems estad bservand en las últimas décadas ha disminuid ls csts de la electricidad, dand lugar a la segmentación de mnplis naturales característics del sectr energétic, aunque sin lvidar que en algunas partes del mund, el preci de la electricidad se ha elevad, influenciad pr la escasez en la prducción de energía eléctrica; cm pdems mencinar el cas del Estad de Califrnia, USA. Las tecnlgías de cmunicación han acelerad ls flujs de infrmación y han incrementad ls niveles de eficiencia y transparencia en ls mercads. Pr últim, las plíticas de desarrll sustentable, buscan el us eficiente y cmpetitiv de fuentes alternas de energía para aumentar la eficiencia de las máquinas y disminuir ls csts de prducción, peración y despach de las mismas. Ls sectres energétics del mund, debid a la mayr cmpetitividad y eficiencia, han detnad la atracción de inversinistas privads al sectr. Pr ejempl, ls sectres energétics que antes estaban cn un rezag en el financiamient de nuevas

plantas y de nuevas tecnlgías para el desarrll del mism, ahra han abiert sus puertas a ls inversinistas privads, prprcinand cn ell la mdernización y la expansión a partir de esquemas mixts de inversión. Cn la apertura a la inversión privada en el sectr eléctric, se han liberad mnts imprtantes de gast públic canalizable hacia necesidades sciales imprtantes, cm la educación, vivienda, seguridad y salud. Ls capitales pr su parte, encuentran atractivs espacis de inversiói y rendimient en ls sectres energétics. 1.5 OBJETIVO Y CONTENIDO DE LA TESIS El bjetiv de esta tesis es presentar y analizar alternativas para realizar un despach de energía en un mercad eléctric cmpetitiv. El trabaj está dividid en seis capítuls y tres apéndices. En el capítul 1 se presenta una intrducción al prblema y la mtivación para realizar el trabaj. Se describe en frma general la manera en que está rganizad este trabaj de investigación, mencinand brevemente el cntenid de cada capítul. Capítul 2. Se presenta el desarrll del prblema de despach ecnómic para minimizar el cst de generación de ptencia activa. La función bjetiv se presenta en frma lineal y n lineal, incluyend ls balances de ptencia (restriccines) en su frma cmpleta en frma lineal. También se incluyen restriccines de fluj de ptencia pr las líneas, bservand el efect en el valr de la función bjetiv. Además, se describen ls multiplicadres de Lagrange (A), resaltand algunas características de ells y la frma en que influyen en el valr de función bjetiv. Se presentan alguns cass de estudi. Capítul 3. En este capítul se presentan las transaccines de energía multi-áreas. Se incluye la representación de agentes intermediaris (Brkers) en una frmulación para determinar el intercambi de energía usand prgramación lineal. También se incluye el análisis para determinar el prte de energía. Se incluyen cass de

aplicación para cuantificar ls beneficis de ambas técnicas al tener intercambi de energía entre áreas. Capítul 4. Se expnen y se desarrllan mecanisms para determinar intercambis de energía tmand en cuenta cntrats bilaterales entre ls participantes del mercad (cmpradres y vendedres de energía), que sn cnsiderads cm entes independientes. También se tman en cuenta las restriccines de la red de transmisión para la seguridad del sistema y el cst asciad a la transmisión de energía eléctrica. Capítul 5. En este capítul se extiende la técnica desarrllada en el capítul anterir para determinar el preci de la energía basad en el cst marginal de prducción de energía. Se utiliza una variante del algritm cn ciertas mdificacines desarrlladas para el presente capítul. El métd permite determinar el preci de mercad en el sistema en su defect el preci para partes del mism pr causa de las restriccines de fluj de ptencia, impuestas para mantener la peración óptima del sistema, cuidand ls aspects de seguridad y de ecnmía. Capítul 6. Se presentan las cnclusines generales sbre el trabaj desarrllad. Pr tr lad, se enumeran las aprtacines de este trabaj de investigación y se detallan algunas recmendacines para trabajs futurs.

CAPITULO 2 FLUJOS OPTIMOS (FO)/DESPACHO ECONOMICO (DE) 2.1 INTRODUCCION El prblema de flujs óptims (FO) en SEP's [9, 16, 17, 18] es un ejercici de ptimización n lineal multivariable y de gran escala, el cual se puede frmular utilizand diversas técnicas de prgramación matemática. Ls sistemas de ptencia sn perads buscand minimizar el cst de la generación de energía. Ests estudis sn realizads en la fase de planeación días mments antes de que las máquinas sean peradas en tiemp real, cn el bjetiv de ptimizar el punt de peración cn el cst mínim del despach. Existen muchas técnicas de ptimización para minimizar la función bjetiv de un prblema, la cual generalmente está sujeta a restriccines de igualdad y desigualdad. En SEP's, la naturaleza n lineal del prblema hace que el prces de búsqueda del óptim sea iterativ y en cnsecuencia cn alguns prblemas de cnvergencia.

Al pas del tiemp ls métds de slución del despach ecnómic de generación han id evlucinand. Ls primers algritms a principis de ls añs cincuenta intrdujern las cnstantes B's [6]. En ls añs sesenta se usarn cmputadras dedicadas a la slución periódica y autmática del prblema de DE en línea [1,6]. En ls añs setenta y chenta fuern publicads métds más pderss que incluían mdels exacts de la red eléctrica [1,13]. 2.2 EL PROBLEMA DE DESPACHO ECONOMICO Para la slución de este prblema se requiere el mdelad de las curvas de entrada/salida de las unidades térmicas, las cuales sn cmplejas y dependen de las cndicines ambientales y de parámetrs termdinámics. Pr l general, ls csts de las unidades sn representads pr una función analítica de la siguiente frma [13]: CiPv^+bfa + cfl (2.1) dnde PG ci, b, c salida del generadr i en Mw en p.u. ceficientes cnstantes 2.2.1 Despach ecnómic sin pérdidas El cas sin pérdidas es una simplificación del prblema a reslver. Cn esta cnsideración se puede btener una primera aprximación para la slución iterativa del prblema cuand se cnsideren pérdidas. siguiente: Matemáticamente el prblema de DE sin pérdidas se escribe de la manera min F = t, C P <») ( 2 ' 2 ) í=i sujeta a (P D - P G ) = 0 (2.3) M

El prblema de ptimización cn restriccines se puede cnvertir en un prblema sin restriccines incluyend un multiplicadr de Lagrange pr cada restricción de igualdad [1,3, 19]. La función de cst aumentada resulta en un Lagrangian de la frma siguiente: min L(P C, X) = C, (P Gl ) + X{P D - P Gi ) (2.4) =l M dnde Pd es la ptencia demandada pr la carga y X es el multiplicadr de Lagrange, una variable más del prblema, asciad a la restricción de igualdad. La cndición necesaria que se debe cumplir en la slución es que el gradiente de la ecuación (2.4) sea igual a cer, l que resulta en: ac ( dp Gi -X = 0 (2.5) i=l pr l que el despach óptim se alcanza cuand "el cst incremental" del generadr i es igual a X e igual al cst incremental de ls trs generadres [13]. Al utilizar el métd de ls multiplicadres de Lagrange, la slución del prblema cnsiste en reslver un prblema de ecuacines simultaneas, el cual se lgra en frma directa en frma secuencial, según sea el grad de las funcines de cst de ls generadres. Existen varias técnicas para la slución del DE; mencinand algunas de ellas sn el métd de iteración lamda, el métd del gradiente reducid, el métd de Newtn, prgramación dinámica, etc. 2.2.2 Despach ecnómic cn pérdidas Cuand se cnsideran las pérdidas en el DE, el prblema anterir se mdifica y se vuelve más cmplicad, dand lugar a frmulacines que incluyen el efect de las