Aplicación de redes inteligentes en optimización de flujo de potencia para sistemas de distribución

Abstract

Debido a la creciente preocupación por el cambio climático y su mitigación, y el aumento de la demanda por electricidad, se han buscado nuevas formas de generación que sean amigables con el medio ambiente y que puedan ser integradas en los sistemas eléctricos. En este panorama, se insertan las redes inteligentes que combinan la generación tradicional a gran escala con la generación distribuida; la inclusión de esta última repercute en la operación de la red de distribución, provocando problemas de tensión, distorsión armónica, desbalances y sobrecarga en conductores y transformadores. En este contexto, el presente trabajo de título tiene por objetivo simular un flujo de potencia donde se coordinen elementos activos de control y la generación distribuida de tipo solar, minimizando los impactos técnicos y maximizando la generación residencial. Para ello, el cálculo del flujo de potencia se resuelve mediante una formulación relajada del problema no lineal, en la que el espacio de soluciones óptimas queda descrito por un cono (característica importante para la exactitud del modelo). Adicionalmente, se modelan 2 elementos de control: inversor con control de reactivos y batería. Lo anterior se aplica en 2 redes, un sistema ficticio de 5 barras y otro basado en una red de la zona de Valparaíso, donde se comparan las salidas de la operación real (obtenida desde OpenDSS) y simulada (programada con Python y Gurobi). Además, incrementando la generación residencial paulatinamente, se determina la máxima adopción de la red, en los escenarios sin control y con control de elementos activos. Para una red de 5 barras se revela que funciones objetivo que sean expresiones de la corriente llevarán a soluciones factibles y exactas, que geométricamente se encuentran en la superficie del cono característico del problema; en cuanto a los elementos de control, se muestra la capacidad del inversor y la batería en mejorar el nivel de adopción cuando se suscitan problemas de corriente. De todas formas, el resultado del inversor debe interpretarse con cuidado, porque se realizan vertimientos y no se ocupa toda la energía disponible. Respecto a una red MT basada en una red de la zona de Valparaíso, se obtiene que frente a problemas de corriente, los elementos activos utilizados son capaces de gestionar la energía en la red y mejorar el hosting capacity ya que controlan la potencia activa y reactiva: para el inversor, este se alcanza para una generación del 140\% del tamaño de los transformadores MT/BT con uso de los inversores, y 100\% y 110\% para 2 localizaciones del almacenamiento. Así mismo, se destaca que la capacidad de la batería de descongestionar la red dependerá no sólo de su tamaño, también de su ubicación y de dónde se generen los problemas. Finalmente, con la coordinación de todos los controles es posible llegar a un nivel de adopción mayor, equivalente al 160\% del tamaño de los transformadores MT/BT, respetando los límites operacionales, y cumpliéndose así el objetivo propuesto. Si bien existen vertimientos para este nivel, la energía aportada por la generación distribuida sigue siendo superior a la alcanzada por los demás casos (cada control por sí solo), demostrando que la coordinación de dichos elementos minimiza los impactos técnicos y maximiza la inyección de la generación distribuida.