Bogotá - Ingeniería - Doctorado en Ingeniería - Ingeniería Eléctrica · 2022
Planificación de redes eléctricas de distribución incluyendo generación distribuida, almacenamiento de energía y gestión de la demanda (DSM Y DR)
Este trabajo investiga la manera de mejorar el planeamiento de las redes eléctricas de distribución (REDis) en torno a su modernización, analizando aspectos como la integración de recursos distribuidos, sistemas de almacenamiento de energía y la posible implementación de estrategias de respuesta a la demanda. El trabajo analiza los modelos matemáticos utilizados para representar cada uno de los dispositivos y estrategias indicadas anteriormente, plantea modelos para la integración de estos dispositivos en el planeamiento, y finalmente describe los procedimientos y métodos desarrollados para ejecutar el planeamiento en algunos casos de prueba. Los modelos planteados permiten la inclusión de aspectos técnicos, ambientales y económicos en los objetivos de optimización del problema, con lo cual genera un aporte interesante para esta área de la ingeniería, porque permite la evaluación simultánea (multiobjetivo) de los tres criterios de evaluación. Dentro de los resultados y aportes del trabajo de investigación se incluyen los modelos matemáticos desarrollados, índices para medir qué tan eficiente es el uso de los activos del sistema de distribución, y los diagramas de flujo que describen los procedimientos propuestos para el desarrollo del planeamiento. Adicionalmente se presentan resultados de los casos de estudio evaluados con las metodologías y con los índices propuestos, en los que se mide y compara cada uno de los aspectos evaluados (técnicos, económicos y ambientales) mostrando las ventajas de los métodos desarrollados, respecto de métodos propuestos por otros autores. Los resultados permiten concluir que el uso de técnicas de optimización matemática genera buenos resultados para el problema del planeamiento, y permite la valoración simultánea de los tres criterios de evaluación. También se comprueba que las metodologías propuestas y los modelos planteados funcionan de manera adecuada para encontrar los resultados. Con los resultados obtenidos se cumple el objetivo propuesto en esta tesis de Doctorado que es: “Desarrollar e implementar un modelo multi-objetivo para el planeamiento de redes eléctricas de distribución que permita la integración simultánea de generación distribuida, sistemas de almacenamiento de energía con baterías y estrategias de respuesta a la demanda”. También se cumple con los objetivos específicos propuestos que son: “Analizar el efecto que tienen las tecnologías de generación distribuida, almacenamiento con baterías y gestión de la demanda (DSM y DR) en la planificación de las redes de distribución primaria, identificando los aspectos que deben ser incluidos en la metodología a desarrollar”, “Desarrollar el modelo que representa el problema de planificación multi-objetivo incluyendo los aspectos técnicos, económicos y ambientales, y determinar la técnica de solución a utilizar”, y finalmente “Implementar el modelo de planificación desarrollado y evaluar sus resultados mediante el análisis de al menos dos de los casos de prueba usados para validar este tipo de problemas.” (Texto tomado de la fuente)
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Contenido
- MODERNIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓNp. 33
- Evolución y crecimiento de las REDisp. 32
- Modernización de los sistemas eléctricos de distribuciónp. 34
- Razones o causas para la modernización de las REDisp. 34
- 1.4.1 Generación distribuidap. 37
- 1.4.2 Sistemas de almacenamientop. 37
- 1.4.3 Reconfiguración de la redp. 38
- 1.4.4 Programas de respuesta a la demandap. 39
- Retos a enfrentar para la modernización de las REDisp. 40
- DE DISTRIBUCIÓNp. 42
- Aspectos generales del planeamientop. 43
- Planeamiento clásico de redes de distribuciónp. 47
- 2.2.1 Representación matemática del problema de planeamientop. 49
- 2.2.2 Problema de optimizaciónp. 49
- Clasificación y características del problema de planeamiento propuestop. 53
- 2.3.1 Clasificación del problema según el método de solución temporalp. 54
- Requerimientos y necesidades del planeamiento modernop. 55
- EFICIENCIA DE LA REDis Y SU EFECTO EN EL PLANEAMIENTOp. 59
- Estado del arte en técnicas e índices para medir la eficiencia de las REDisp. 58
- potenciap. 40
- Eficiencia de la REDis y su relación con la curva de demandap. 61
- Aprovechamiento de la capacidad instalada de la REDisp. 62
- 3.4.1 Cálculo de la eficiencia en el uso de los alimentadoresp. 63
- 3.4.2 Cálculo del índice de aprovechamiento del alimentadorp. 64
- 3.4.3 Cálculo del índice de aprovechamiento de REDisp. 64
- Validación del índice de aprovechamiento de la redp. 65
- 3.5.1 Sistema de prueba usado para la validación conceptualp. 66
- 3.5.2 Escenarios propuestosp. 67
- 3.5.3 Análisis de resultadosp. 72
- Índice de aprovechamiento de la REDis y su relación con el planeamientop. 72
- planeamientop. 24
- 3.6.2 Resultados de los casos de estudio planteadosp. 75
- 3.6.3 Costos totales del planeamientop. 76
- INTEGRACIÓN DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN EL PLANEAMIENTOp. 81
- Estado del arte del planeamiento de REDis con integración de GDp. 80
- Modelamiento de los sistemas de generación distribuidap. 84
- Representación matemática de GD en el problema de planeamientop. 84
- planeamientop. 24
- 4.3.2 Implementación del modelo de despacho económico en el planeamientop. 87
- generaciónp. 79
- 4.3.4 Función de costos por compra de energía en el mercado eléctricop. 91
- 4.3.5 Modelo de planeamiento con integración de DGsp. 93
- distribuidap. 82
- 4.4.1 Características del sistema de pruebap. 102
- 4.4.2 Información requerida para el problema de planeamientop. 102
- 4.5.1 Resultados generales del planeamientop. 105
- 4.5.2 Localización y dimensionamiento de la GD y los BCp. 107
- 4.5.3 Impacto de la GD en el despacho de energíap. 109
- 4.5.4 Efecto de la GD en el voltaje de la redp. 111
- 4.5.5 Análisis de resultadosp. 72
- Estado del arte del planeamiento de REDis con integración BESSp. 116
- Modelamiento de BESS en el problema de planeamientop. 118
- de planeamientop. 46
- 5.3.1 Esquema de precios implementado en la estrategia TOUp. 120
- Emisiones de CO2 producidas durante el planeamiento con BESSp. 121
- la demandap. 121
- Implementación del modelo de planeamiento con integración de BESSp. 128
- 5.6.1 Características del sistema de prueba utilizadop. 129
- 5.7.1 Resultados generales del planeamientop. 105
- 5.7.2 Impacto de los BESS en el despacho de energíap. 135
- 5.7.3 Efecto de la GD en el voltaje de la redp. 111
- 5.7.4 Análisis de resultadosp. 72
- OPTIMIZACIÓN MULTI-OBJETIVO DEL PROBLEMA DE PLANEAMIENTOp. 141
- Representación del modelo de planeamiento finalp. 141
- Modelo de planeamiento final, con integración de GD, BESS y TOUp. 142
- Implementación del modelo de planeamiento con BC, GD, BESS y TOUp. 150
- 6.3.1 Características del sistema de prueba utilizadop. 129
- mono-objetivop. 152
- objetivop. 106
- objetivop. 106
- Conclusionesp. 170
- Trabajos futurosp. 172
- Referenciasp. 173
- Tabla 1. Beneficios y riesgos de los sistemas de almacenamientop. 38
- Tabla 2. Beneficios y riesgos de los programas de respuesta a la demandap. 40
- Tabla 3. Condiciones de carga implementadas en el escenario 1p. 68
- Tabla 4. Resultados del proceso de validación para el escenario 1p. 68
- Tabla 5. Condiciones de carga implementadas en el escenario 2p. 69
- Tabla 6. Resultados del proceso de validación para el escenario 2p. 69
- Tabla 7. Demanda pico para cada nodo en el sistema de prueba de 13 nodosp. 71
- Tabla 8. Resultados del proceso de validación para el escenario 3p. 71
- prueba implementadosp. 74
- Tabla 10. Información requerida para modelar el caso de planeamiento clásicop. 75
- implementarp. 76
- planeamientop. 24
- Tabla 14. Costos totales del planeamiento para los cuatro escenarios evaluadosp. 78
- se implementa el modelo de planeamientop. 103
- mercado eléctricop. 104
- tecnologíap. 104
- Tabla 18. Costos nivelados de generación para cada tecnología de generaciónp. 104
- en el mercado eléctricop. 104
- distribuida evaluados usando los criterios propuestos (pérdidas, emisiones y costos)p. 106
- con integración de generación distribuidap. 107
- estudio planteados con integración de generación distribuidap. 108
- TOU en el modelo de planeamientop. 120
- BESSp. 19
- Tabla 26. Costos de referencia usados para incluir los BESS en el planeamientop. 130
- criterios de evaluación propuestos (pérdidas, emisiones y costos)p. 131
- integración de BESSp. 128
- planeamiento con cada criterio de optimización de manera independientep. 134
- generación distribuida, BESS y programas de respuesta a la demandap. 153
- demandap. 61
- planeamiento con cada criterio de optimización de manera independientep. 134
- independiente (como un problema mono-objetivo)p. 163
- optimización de forma independientep. 163
- problema multi-objetivo, para cada uno de los 5 rangos planteadosp. 164
- en el problema multi-objetivo, para cada uno de los 5 rangos planteadosp. 164
- subregiones determinadas la Tabla 37p. 165
- distribución (fuente propia)p. 46
- redes eléctricas de distribución (fuente propia)p. 48
- mediante curvas de duración de carga. Fuente CIGREp. 60
- teniendo en cuenta el efecto de la curva de demanda (fuente propia)p. 62
- los coeficientes de aprovechamiento de la red [85]p. 66
- planeamiento clásico y analizar el índice de aprovechamiento de la redp. 74
- planta eólica (fuente propia)p. 85
- planeamiento propuestop. 53
- planeamiento (fuente propia)p. 135
- planeamiento, con los tres casos de estudio propuestos (fuente propia)p. 111