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Modelos de sistemas de energía eléctrica

Andrés Ramos

Caracterización de un sistema de energía eléctrica

Modelos de sistemas de energía eléctrica - Caracterización de un sistema de energía eléctrica - 1

1. Atributos de clasificación

2. Técnicas matemáticas cuantitativas

Contenido


Atributos de clasificación de modelos

• Son las dimensiones (la lista de la compra) de un modelo

• Permiten definir las características de cada modelo posible

• Establecer las ventajas e inconvenientes en el modelado del sistema hecho en cada modelo

• Definir la situación actual de los modelos y las tendencias de mejora, características todavía no modeladas explícitamente


Atributos de clasificación (i)

• División temporal de las decisiones• Modelado del mercado

– Equilibrio entre todas las empresas, única empresa

• Función/es objetivo• División espacial

– Nudo único– Diferentes modelos de red


Atributos de clasificación (ii)

• Demanda– Cronológica, monótona– Función del precio

• Subsistema hidráulico– Hidráulica agregada– Topología red hidráulica

• Estocasticidad– Determinista– Probabilista o estocástico

• Decisiones intra o interperiodo


Equilibrios en el modelado

• Mayor alcance temporal u horizonte de estudio más alejado, menor detalle de modelado

• Mayor tamaño del sistema, menor detalle de modelado si la técnica matemática es limitante

• Mayor cercanía, menor incertidumbre• Modelado del mercado depende del alcance

temporal. Una empresa en el corto plazo, todaslas empresas en el largo plazo


División temporal

• Alcance– intervalo de tiempo para el que se reproduce la

explotación del sistema (1 año)• Horizonte

– momento a partir del cual se estudia el sistema (2005)

• Periodo– división temporal unitaria con relevancia para la

representación del sistema (semana)


Decisiones inter e intra-periodo

• Interperiodo– mantenimiento programado de los grupos

térmicos– gestión de recursos limitados (embalses

hidráulicos y bombeo estacional)• Intraperiodo

– acoplamiento de los grupos térmicos– bombeo diario– arranques/paradas diarias


Demanda

• Demanda del sistema o residual de una empresa– Curva cronológica– Curva monótona duración/carga o carga/tiempo

• aproximación analítica no lineal• aproximación poligonal• aproximación por escalones

• Función demanda/precio• Caracterización aleatoriedad

– Determinista– Estocástica


Mercado de electricidad

• Tipo de competencia– Monopolio (empresa única)– Oligopolio (número reducido de empresas)– Competencia perfecta (numerosas empresas)

• Número de empresas– Todas las empresas “estratégicas”– Sólo una empresa

• Función objetivo– Maximización de margen de contribución– Minimización de costes variables


Organización del mercado de electricidad

• Tipos de ofertas– operación centralizada con costes auditados– ofertas complejas– ofertas simples (en cartera, con reglas)

• Secuencia temporal de mercados• Información publicada por el OM


Subsistema de la generación hidráulica (i)

• Acoplamiento espacio-temporal (gestión de aportaciones interperiodo)

• Caracterización del subsistema (espacial)– Agregada única– Agregada por subsistemas hidráulicos (cuencas

o subcuencas)– Topología hidráulica detallada (grupos, plantas

y embalses)• Caracterización de las aportaciones (temporal)

– Determinista para algún/os escenario/s– Estocásticas


Subsistema de la generación hidráulica (ii)

• Potencias mínima (riegos, fluyente), máxima(función de la altura), programada (modelos de orden superior), de emergencia (según ratio de capacidad embalse a potencia máxima)


Subsistema de la generación térmica (i)• Nivel de detalle en potencia

– Grupo con o sin mínimos técnicos– Central– Unidad de oferta

• Nivel de detalle en costes– Curvas de consumo de combustible (no lineal,

poligonal, lineal)– Costes de arranque/parada– Costes variables de operación y mantenimiento

o de fungibles• Caracterización de la aleatoriedad

– Determinista– Estocástica


Subsistema de la generación térmica (ii)

• Reserva de operación• Seguimiento de carga con rampas de subida y

bajada• Tiempos mínimos de funcionamiento y de

parada


Situación de las centrales termoeléctricas peninsulares2

2Red Eléctrica de España. Operación del Sistema Eléctrico. Informe 1999. Disponible en www.ree.es


Subsistema de la red eléctrica

• Nudo único• Generación/red

– Modelo de transporte (1ª ley de Kirchoff)– Flujo de cargas óptimo en DC sin o con

pérdidas– Flujo de cargas óptimo en AC– Aspectos dinámicos


Red de transporte de energía eléctrica de España2

2Red Eléctrica de España. Operación del Sistema Eléctrico. Informe 1999. Disponible en www.ree.es

ERRONDENIAIRÚN

ADRALL

BENOSLACD´OO

ANDORRA

LINDOSO

LAS CONCHAS

CARBUROS

LLUBI

ES BESSONSSON ORLANDISVALLDURGENT

FOIX-CASTELLETBELLISENS

CONSTANTIFOIX

GRELASABÓN

MEIRAMA

SANTIAGO II

TIBO

ALBARELLOS

SOUTELO

PORTODEMOUROS

CASTRELO

S. PEDRO

SIDEGASA

VELLE

S. ESTEBAN

RIBADELAGO

QUEREÑOCORNATEL

REMOLINA

GUARDO

LAS ONDINAS

PEÑADRADASTA. MARINA

TABIELLA CARRIOTRASONA ABOÑO

PALENCIA

VILLALBILLA

LOGROÑO

VILLIMAR

MONDRAGÓNT. NERVIÓN

TUBACEX

AYALA

ALÍPUENTELARRA

MIRANDA

CACICEDOACERIASA

ASTILLERO

LA JARA

(F 400 kV)

MATAPORQUERA

NERVACERO

BABCOCK

SIDENOR

ALONSOTEGUI

ORTUELLA

ENTRERRIOS

TUDELA

TAFALLA

EL SEQUERO

QUEL

FORJAS ALAVESASGAMARRA

ABADINO

ORBEGOZO

PASAIA

ORMAIZTEGUI

ARISTRAIN

T. FORADADA

CINCA

MANGRANERS

ERISTELA FORTUNADA

SESUE

CONSTANTIBELLISENS

EL MORELLCASTELLET

MORALETS

PERAFORT

TABESCÁN

LLAVORSI

CERCS

CENTELLES

S. CELONI

JUIA

VIC S. CECONI

LA ROCAPALAU

S. FOST P. CONVERSIÓN CANYET

STA. COLOMA

BADALONA

BESOS

COLLBLANCL´HOSPITALET

SANT BOI (FECSA)

VILADECANS

S. ANDREU

URGELL

L´HOSPITALET (HEC)

CENTELLES

POBLA

CASTELLBISBAL

SANT JUSTMARAGALL

TARRAGONA (FECSA)

FOIX

EL INGENIO

ESCUCHA

BOLARQUE I

J. CABRERA BOLARQUE IIGABRIEL Y GALÁN

GUIJO DE GRANADILLA

CASATEJADATALAVERA

M. DEL CAMPO

VALLADOLIDRENEDO

ZAMORA

RICOBAYOCASTRO

ZARATÁNVILLALCAMPO

VILLAMAYOR

TORREJÓN

TALAVERA

ACECA ACECA

PUENTE DESAN FERNANDO

TRES CANTOS

HORTALEZAPROSPERIDAD

NORTEMAJADAHONDA

GETAFE

LA FORTUNA

C. PLATA

VALLECAS

RETAMAR

LEGANES

VICÁLVARO COSLADA

J. CABRERA

HUELVES

AZUTÁN

ANDUJAR

C. REAL (AVE)

MÉRIDA

CÁCERES

AZUTÁNVALDECAÑAS

EL PALMAR

HOYA MORENA

MADRIDEJOS

LA PALOMA

CAMPOAMOR

S. VICENTE

XIXONAPETREL

SAGUNT

SIDMED

F. SAN LUIS

TORRENT

ALZIRA

BAHÍA DE ALGECIRAS

COSTA SOL

ALHAURÍN

LOS RAMOS

LOS MONTES

ATARFE

GÁBIAS

BENAHADUX

LOS ALCORES

PUERTO REAL

LA CARTUJA

ONUBA

C. COLÓNTORRE

ARENILLAS

SANTIPONCE

CENTENARIO

DOS HERMANAS

QUINTOS

(F 4

00 k

V)

TRIVES

BELESAR

CONSO

SOTO DE RIBERA

MONTEARENAS

COMPOSTILLA II

HERRERA

AGUAYO

PENAGOS

LA ELIANA

CATADAU

LA PLANA

ESCOMBRERAS

BENEJAMA

ACECA

OLMEDILLA

PICÓN

LA LANCHA

PUERTOLLANO

GUADAME

TAJO DE LA ENCANTADA

PINAR DEL REY

GUILLENA

LOS BARRIOS

D. RODRIGO

ALDEADAVILA

VILLARINO

C.N. ALMARAZJ.M. DE ORIOL

ALMARAZ

ALDEADAVILA

SAUCELLE

TORDESILLAS

LA MUDARRA (ID)

GAROÑA

HERNANI

ITXASO

GUEÑES

ORCOYEN

HERNANI

GATICASANTURTZI

PEÑAFLOR

ESCATRÓN

VIC

MEQUINENZA

ASCÓ

VANDELLÓS

MONZÓN

VILLANUEVA

MONTE TORRERO

POBLADE SEGUR

RIBARROJA

PONT DESUERT

LOECHES

MORATA

SAN SEBASTIÁN

VILLAVICIOSA

ALCORCÓN

VILLAVERDE

FUENCARRAL

MORALEJA

SENTMENAT

PIEROLACAN JARDI

RUBÍ

M. FIGUERES

MECO

MECO

ALARCOS

HUELVES

SON REUS

A.C.V.

REPSOL

PAZOSDE BORBEN

(F 400 kV)

PORLAND

CANDELARIA

GRANADILLAJINAMAR

BCO. TIRAJANA

PUENTE DE S. MIGUEL

ALCUDIA II

PUEBLA DESANABRIA

FERROATLÁNTICA

MAGALLÓN

MONCAYO

L.CORTS

VILANOVA

ROJALES

ARROYO DE LA VEGA

MONTBLANC

CANILLEJAS

AENA

TAMBRE II

ENCE

JALÓN

BASAURI

BELESAR

CONSO

LA LANCHA

MONTECILLOBAJO

VENTA DE LA INÉS

ARROYO DEL VALLE

LA NAVA

PUERTOLLANO

MORA

EL EMPERADOR

PICÓN

ALMARAZ

ACECA

OTERO DE HERREROS

AÑOVER

BEMPOSTA

POCINHO

ALDEADAVILA

SAUCELLE

VALPARAISO

PUEBLA DESANABRIA

SAN AGUSTÍN

GRADO

VILLANUEVA

RIBARROJA

POBLADE SEGUR

ESCALONA

MEDIANO

PONT DESUERT

BIESCAS II

SABIÑANIGO

PRAGNERES

MOUGUERRE

SANGUESA

CORDOVILLA

ORCOYEN

ARKALE

PONTE BIBEY

PRADA

SOBRADELOSANTIAGO

VILLABLINO

COMPOSTILLA II

PEREDA

SIERO

OTERO

ALMARAZ

ALCORCÓN

VILLAVERDE

EL HORNILLO

P. DE SUERT-POBLA

ABRERA

LA MUDARRA (ID)

AÑOVER

SENTMENAT

RUBÍ

GUADAME

LA MUDARRA

VILLARINO

TRIVES

LA LOMBA

MONTEARENAS

HERNANI

ITXASOAGUAYO

(F 40

0 kV)

ESCATRÓNM. FIGUERES

TORDESILLAS (F 400 kV)

VALDEMORO II

LEMONIZ

GATICA

AZPEITIA

GAROÑA

CORTES II

LOS BARRIOS

SAUCELLE II

PINAR DEL REY

HINOJOSA

M. CORTES

CASTELLÓ

LA PLANA

HERNANIITXASO

BARCINA

C.N. S.M.GAROÑA

GUEÑES

MESÓN DO VENTO

ALUMINIO ESPAÑOL

AS PONTES DEGARCÍA RODRIGUEZ

LITORALDE ALMERIA

PINAR DEL REY

GUILLENA

D. RODRIGO

GUADAME

LA ASOMADA

ROCAMORA

ROMICA

OLMEDILLALA ELIANA

CATADAUM. CORTES

C.N. COFRENTES

TRILLO

LA PLANA

VALDECABALLEROS

CEDILLOC.N. ALMARAZ

ARAÑUELO

J.M. DE ORIOLFALAGUEIRA

MORATA

LOECHESS. SEBASTIÁN

GALAPAGAR

VILLAVICIOSA

MORALEJA

LASTRAS DEL POZO

TORDESILLAS

LA MUDARRA

ALDEADAVILA

HINOJOSA

VILLARINO

GRIJOTA

ALMAZÁN

TERUEL

PEÑAFLOR

LA SERNA

ESCATRÓN

ARAGÓN

MEQUINENZA

ASCÓ

VANDELLÓS

VIC

CALDERS

SENTMENAT

CAN BARBA

BEGUES

RUBÍ

PIEROLA

CAN JARDI

SALLENTE

CANTEGRITHERNANI

ITXASO

VELILLAVITORIA-GASTEIZ

HERRERA

AGUAYO

BARCINA

GUEÑES

TRIVES

LA LOMBA

ANLLARES

COMPOSTILLA

NARCEA

MONTEARENASVILECHA

LA ROBLA

LA GAUDIERE

BAIXAS

GALAPAGAR

GALAPAGAR

ALMARAZ

LA MUDARRAGRIJOTA

LOECHES

TRILLO

COFRENTESALMARAZ

OLMEDILLAARAÑUELO

MORATA

SAN SEBASTIÁN

MORALEJA

VILLAVICIOSA

VICSALLENTE

ASCÓ

VANDELLÓS

MEQUINENZA

ASCÓVANDELLÓS

SENTMENAT

CANBARBA

M. FIGUERES

PIEROLA

BEGUES

CAN JARDIRUBÍ

HERNANI

BALBOABIENVENIDA

CARTELLE

LINDOSO

CAPARACENA

EST. TER.ESTRECHO

LADA

ELCOGÁS

MELLOUSA

REDE L É C T R I C ADE ESPAÑA

SANT ADRIA

EL BERBEL

LA PALMA

GOMERA

HIERRO

TENERIFE

A R C H I P I É L A G O C A N A R I O

GRAN CANARIA

FUERTEVENTURA

LANZAROTE

FORMENTERA

IBIZA I S L A S B A L E A R E S

MALLORCA

MENORCA

TENSIONES

1 1

2 22 1

previstos instaladosCIRCUITOSLÍNEAS

En servicio

Todas las líneas se han dibujado en el color al que funcionan. En las construidas a tensión distinta ésta se indicaentre paréntesis (F 400 kV)

Hidráulicas

Térmica clásicaTérmica nuclearCENTRALES

SUBESTACIONES

Cable subterráneo/submarino

RED DE TRANSPORTEDE ENERGÍA ELÉCTRICADE ESPAÑA Enero 2000

En servicio

400 kV 220 kV 132 kV 66 kV

ELVAS

BADAJOZ


Mantenimiento de generación y de red• Basado en datos históricos (dificultad:

aplicabilidad a situaciones futuras)• Por asignación aleatoria (dificultad: desechar

programaciones no factibles o incorrectas)• En modo simulación: histórico como referencia

más reglas lógicas para resolver las situaciones que ocurran

• Módulo exógeno completo de programación del mantenimiento (uno para generación, otro de red) más módulo lógico que resuelva los conflictos que aparezcan (especialmente en simulación)


Estocasticidad

• Determinista– Considera un único escenario. Un caso

particular es el escenario de valores medio de los parámetros estocásticos

• Probabilista o estocástico– Considera explícitamente la incertidumbre (en

precios marginales, aportaciones, precios de combustible, precio del dinero, etc.)


Gráfico de clasificación de modelos (i)

Red

Acoplamiento Temporal

Red de Transporte

Incertidumbre

Probabilistas

Deterministas

Restricciones Intraperiodo

Nudo Único

Nudo Único

Red

Restricciones Interperiodo

Restricciones Intraperiodo

Restricciones Interperiodo

Probabilistas

Deterministas


Gráfico de clasificación de modelos (ii)Función de la

demandaCompetencia

perfectaEquilibrio del

mercado

Medio

Bajo

Alto

Modelado de mercado

Modelado del sistema de generación

Incertidumbre

Probabilistas

Deterministas

Probabilistas

Deterministas

Función de la demanda

Competencia perfecta

Equilibrio del mercado

Medio

Bajo

Alto


Gráfico de clasificación de modelos (iii)


1. Atributos de clasificación

2. Técnicas matemáticas cuantitativas

Contenido


Capacidad de adaptación

• Flexibilidad para modelar otros sistemas o características

• Mantenibilidad: facilidad para ser mantenido adecuadamente


Caracterización del sistema y métodos

• Técnicas matemáticas deben condicionar las simplificaciones en la caracterización del sistema por el modelo y en los métodos de solución– Modelado exhaustivo, cuasi real. Puede

ocasionar la carencia de un algoritmo que solucione el problema

– Modelado simplista para utilizar un algoritmo disponible. Pueden llegar a darse soluciones de un problema que no existe

• El modelado debe ser un compromiso entre ambos casos patológicos


Tratamiento de las decisiones

• Optimización– determina políticas/decisiones “óptimas” entre

las muchas posibles– identifica las restricciones activas del sistema– permite el análisis de sensibilidad a cambios en

coeficientes de variables o cotas de las restricciones

• Simulación– analiza las decisiones basándose en criterios

previos (óptimos/heurísticos)


Técnicas matemáticas

• Problemas matemáticos de gran tamaño, consumidores de recursos computacionales

• Adecuadas o específicas para los problemas que se desean resolver


Técnicas matemáticas cuantitativas (i)

• Optimización– Optimización lineal (LP), lineal entera mixta

(MIP), no lineal (NLP), estocástica (descomposición de Benders, relajación lagrangiana) (SP), dinámica (DP), multicriterio (MCDM)

– Problema complementario (MCP)• Simulación

– Simulación de Monte Carlo– Simulación de eventos discretos– Técnicas de reducción de varianza


Técnicas matemáticas cuantitativas (ii)

• Analíticas– Convolución discreta– Simulación probabilista

• Estadística– Conglomerados, series temporales, redes

neuronales artificiales– Árboles de probabilidad


Técnicas matemáticas cuantitativas (iii)

• Metaheurísticos– Algoritmos genéticos– Búsquedas (tabú, directa, aleatoria, avariciosa)– Recocido o temple simulado (simmulated

annealing)

– Lógica borrosa

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