Design of a robust energy management system for a grid-connected microgrid providing services

Abstract

Se define una microrred como una agrupación de cargas y recursos energéticos distribuidos que funciona como un único sistema controlable, capaz de operar en paralelo o aislado de la red eléctrica. Las microrredes son proveedores de energía locales que pueden reducir los gastos de energía, reducir las emisiones, aumentar la confiabilidad y son alternativas de energización emergentes. El correcto uso de sus recursos energéticos disponible permite lograr una operación más eficiente en una microrred, por ejemplo; reducir sus costos, mejorar ingresos, alargar la vida útil de los equipos y limitar el impacto ambiental. Algunos de estos objetivos se contraponen y es por esto que es necesario compensarlos para obtener el mejor despacho energético. Por esta razón el uso de un sistema de gestión de energía para microrredes cobra gran importancia. En este trabajo se desarrollaron modelos matemáticos y luego se implementaron en una herramienta computacional para el despacho energético óptimo de microrredes, con énfasis en tres aspectos. Primero, los servicios complementarios que una microrred puede ofrecer: arbitraje de energía, reducción de emisiones, reducción de potencia punta, reserva de potencia en giro y ofertas de reducción de consumo. Segundo, un modelo de almacenamiento de baterías enfocado en seis fenómenos: envejecimiento cíclico y calendario, la ley de Peukert, la pérdida de capacidad, autodescargas y la limitación de carga/descarga. Tercero, se incluye un módulo maestro-esclavo para lidiar con la estocasticidad ante problemas intempestivos en la red, manteniendo así la confiabilidad de la microrred cuando se aísla, aun si esta ofrece servicios. Estos tres aspectos son integrados en un modelo de programación lineal entera mixta para el despacho óptimo de una microrred, minimizando los costos de operación y reinversión. En el presente trabajo, se simulan la operación de tres microrredes reales bajo diferentes escenarios cada uno. El primer caso es la microrred aislada de Huatacondo, el segundo es la microrred conectada de CIGRE y el tercero es la microrred conectada de la cárcel de Santa Rita. Los resultados obtenidos muestran reducción en los costos de hasta 4.3% en la microrred de Huatacondo, hasta 2.9% para CIGRE y hasta 7% para Santa Rita al considerar servicios y utilizando un modelo detallado de almacenamiento. En el caso de la microrred aislada de Huatacondo, la reducción se basó principalmente en la extensión de la vida útil del banco de baterías. Para las dos microrredes conectadas los servicios más atractivos fueron ofrecer sus capacidades flexibles no utilizadas a la red. Esto considera servicios como reducción de consumo, reducción de demanda punta o reserva en giro. Servicios enfocados en transferencia de altos volúmenes de energía, como el arbitraje de energía, no fueron atractivos dado el costo asociado al uso de equipos de almacenamiento.