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
Modelos de sistemas de energía eléctrica - Caracterización de un sistema de energía eléctrica - 2
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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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Situación de las centrales termoeléctricas peninsulares2
2Red Eléctrica de España. Operación del Sistema Eléctrico. Informe 1999. Disponible en www.ree.es
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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
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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
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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)
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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.)
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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
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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
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Gráfico de clasificación de modelos (iii)
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1. Atributos de clasificación
2. Técnicas matemáticas cuantitativas
Contenido
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Capacidad de adaptación
• Flexibilidad para modelar otros sistemas o características
• Mantenibilidad: facilidad para ser mantenido adecuadamente
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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
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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)
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Técnicas matemáticas
• Problemas matemáticos de gran tamaño, consumidores de recursos computacionales
• Adecuadas o específicas para los problemas que se desean resolver
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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
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Técnicas matemáticas cuantitativas (ii)
• Analíticas– Convolución discreta– Simulación probabilista
• Estadística– Conglomerados, series temporales, redes
neuronales artificiales– Árboles de probabilidad
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Técnicas matemáticas cuantitativas (iii)
• Metaheurísticos– Algoritmos genéticos– Búsquedas (tabú, directa, aleatoria, avariciosa)– Recocido o temple simulado (simmulated
annealing)
– Lógica borrosa
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