Optimización de flujos de potencia en redes inteligentes de distribución mediante programación lineal con datos históricos del sistema

Abstract

La generación residencial llegó en un momento crucial de la humanidad, donde dado los altos niveles de demanda eléctrica y los crecientes e irreparables daños causados por generación a base de fuentes contaminantes, se impulsó el uso de la generación solar en los últimos años a nivel mundial. Chile no se queda atrás, donde actualmente la matriz energética nacional alcanza un porcentaje correspondiente al 12.6 % (3.2 GWp) de energía solar. Este auge va de la mano con la generación distribuida (GD), donde gracias a la Ley de Generación Distribuida (Ley 20571), se permite la autogeneración de energía en base de ERNC y cogeneración eficiente con fin de autoconsumo y venta de excedentes de energía a precio regulado. En consecuencia, la potencia instalada declarada a nivel residencial ha ido aumentando gradualmente de 11.96 MW en 2017 a 70.78 MW en 2020, donde se espera que a lo largo de los años este tipo de generación acaparé un importante protagonismo en la matriz energética nacional. La alta penetración de energía solar en sistemas de distribución trae consecuencias en la operación, sobretodo en los niveles de tensión, frecuencia, distorsión armónica, desbalances y sobrecarga de conductores, los cuales pueden traer dificultades tanto a la empresa distribuidora como a los clientes. Mediante tres tipos de formulaciones de optimización de flujos de potencia, este trabajo busca utilizar redes inteligentes con el fin de integrar la GD mitigando problemas de sobretensiones y congestión de conductores. Esto se hace incluyendo estrategias de control en diferentes puntos de la red por medio de elementos activos, los cuales son los inversores de potencia de la GD, cambiadores de tap y sistemas de almacenamiento. Para esto, se implementa una red simplificada basada en un sistema preexistente de distribución con 12 nodos en baja tensión, tanto a nivel monofásico como trifásico. El solver para obtener la solución del flujo de potencia (OPF) de esta red es Gurobi, donde se comparan los resultados con el software OpenDSS, el cual se utiliza para simular el funcionamiento real de la red trabajada. Los resultados verifican que la coordinación de elementos activos soluciona las dificultades técnicas en régimen permanente, donde el control del inversor y la posición del tap ayudan a controlar los problemas de tensión, mientras que las baterías solucionan los problemas de capacidad de los equipos de la red. Además, se logra comparar el rendimiento de los modelos de optimización, identificando las ventajas y desventajas de cada uno. Dado el análisis anterior, se comprueba que es posible obtener una buena calidad de resultados utilizando menos recursos computacionales a través del método linealizado propuesto a nivel monofásico y trifásico.