Monitorización y Optimización de la Distribución de Energía Eléctrica Luis Miguel López Ramos Adaptado de Monitoring and optimization for Smarter Power Grids: a Signal Processing Perspective Con permiso de los autores: G. Giannakis, V. Kekatos, y N. Gatsis 25 de marzo de 2014
La red eléctrica es fiable en un 99,7% (según datos EEUU, 2013) Es suficiente? 2
SMART GRID: Infraestructura avanzada y TIC para mejorar la red actual controlable robusta eficiente participativa sostenible auto-reparable green conocimiento 3 de la situación
Smart Grid: Habilitadores tecnológicos generación distribuida micro-grids fuentes renovables procesamiento de señales y datos electrónica de potencia medición avanzada vehículos eléctricos 4 Smart meter redes de telecomunicaciones
Índice Modelado Monitorización Estimación de estado de la red (PSSE) Phasor measurement units (PMUs) Estimación distribuida Operación óptima de redes de potencia Generación económica Flujo óptimo de potencia Demand response 5
Ciclo básico en Ingeniería Modelado Análisis Implementación Diseño 6
Modelado Redes de potencia como circuitos eléctricos a gran escala Representación mediante grafos Voltajes y corrientes en alterna (AC) Sinusoides en estado estable Frecuencia nominal, amplitud y fase Representación como fasores 7
Buses y líneas Buses Nodos del circuito Líneas Cables que unen dos buses Ley de Ohm. Leyes de Kirchoff 8
Flujo de potencia Corriente inyectada en un bus: Potencia inyectada en el bus: Ecuación no lineal Función de las diferencias de fase 9
Estimación de estado de la red (power system state estimation, PSSE) Dadas unas mediciones y parámetros de la red, hallar los valores de voltaje, corriente y flujo de potencia Importante para: Planificación Predicción de carga (consumo) Seguridad Detectar fallos Generación económica Facturación 10
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Las subestaciones envían valores de medición a un centro de control cada ~ 4 s 11
Estimación de estado basada en SCADA Valores medidos: Amplitudes de la corriente y el voltaje Nivel de sincronización entre medidas: Insuficiente para hallar diferencias de fase Imposible hallar el estado de la red con exactitud Solución más probable (ML) Solución de mínimo error (MSE) 12
PMUs (Phasor Measurement Units) 13
Arquitectura del PMU Muy similar a la de un demodulador! 14
PMUs Situación en puntos críticos de la red Despliegue incremental 15
PMUs Colocación óptima mediante: Algoritmo Genético Temple Simulado 16
PSSE en sistemas interconectados Operadores independientes (ISO) Interconexión Subsistemas con miles de buses Privacidad 17
PSSE en sistemas interconectados Opción 1: ignorar interconexiones Menos datos estimación de peor calidad Opción 2: todos transmiten sus datos a una entidad central Opción 3: estimar también el estado de buses vecinos Intercambio de info. entre áreas 18
Algoritmos de Estimación Distribuida Paso de mensajes entre nodos Reparto de la carga computacional Mínimo intercambio de información para: Alcanzar la solución rápidamente No desvelar el estado de la red a otros operadores 19
Operación económica de redes de potencia Problemas de optimización Generación económica (Economic Dispatch) Flujo óptimo de potencia Demand Response 20
Problemas de optimización: Planteamiento Riguroso Objetivo Variables Variables de estado Variables de optimización Restricciones 21
Generación Económica (Economic Dispatch) Generadores térmicos Potencia de salida Coste de generación ( /h) Hallar la configuración más económica de los generadores para dar servicio a la demanda P D 22
Generación Económica (Economic Dispatch) Función de coste: 23
Flujo óptimo de potencia (Optimal Power Flow) Los generadores y las cargas no están todas conectadas al mismo bus La solución al problema anterior puede dar lugar a flujos de potencia inaceptables en la red 24
Demand Response Smart meters Advanced Metering Interface (AMI) Real-Time Pricing (RTP) 25
Demand Response Demand Response: Cambiar el consumo eléctrico del usuario como respuesta a: Cambios en tiempo real del precio de la electricidad Posibles congestiones de la red 26
Conclusiones Es crítico aumentar la fiabilidad de la red eléctrica ($$) Disponer de medidas precisas contribuye a mejorar la operación de la red Modelado y formulación rigurosa de los problemas de optimización 27
Gracias por su atención luis.miguel@ieee.org 28
Circuitos y grafos Grafo Matriz de adyacencia Circuito Matriz de admitancias 29