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ES2911469T3 - Planificación operativa predictiva en una microrred teniendo en cuenta ventanas horarias de carga elevada de una red eléctrica principal - Google Patents

Planificación operativa predictiva en una microrred teniendo en cuenta ventanas horarias de carga elevada de una red eléctrica principal Download PDF

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ES2911469T3
ES2911469T3 ES18210099T ES18210099T ES2911469T3 ES 2911469 T3 ES2911469 T3 ES 2911469T3 ES 18210099 T ES18210099 T ES 18210099T ES 18210099 T ES18210099 T ES 18210099T ES 2911469 T3 ES2911469 T3 ES 2911469T3
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ES
Spain
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microgrid
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high load
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optimization
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Martin Seydenschwanz
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Original Assignee
Siemens AG
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Abstract

Procedimiento para la planificación operativa predictiva en una microrred (100) con conexión (110) a una red eléctrica principal (120), en donde la operación de la red eléctrica principal está respaldada por la microrred teniendo en cuenta ventanas horarias de carga elevada, y en donde tiene lugar una reducción de la toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en las ventanas horarias de carga elevada, comprendiendo el procedimiento: - realizar una optimización de una función objetivo para un intervalo de planificación (602), teniendo en cuenta la función objetivo una toma de potencia (211) de la microrred (100) desde la red eléctrica principal (120) en al menos una de estas ventanas horarias de carga elevada (301, 302) de la red eléctrica principal (120), en donde la al menos una ventana horaria de carga elevada (301, 302) comprende una pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302), en donde la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302) están dispuestas en el intervalo de planificación (602) y en un intervalo histórico que es más largo, al menos en un factor de 10, que el intervalo de planificación (602), y en donde la función objetivo tiene en cuenta una toma de potencia adicional (212) de la microrred (100) desde la red eléctrica principal (120) fuera de la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302) en el intervalo histórico y en el intervalo de planificación (602), y - realizar la planificación operativa sobre la base de un resultado de la optimización.

Description

DESCRIPCIÓN
Planificación operativa predictiva en una microrred teniendo en cuenta ventanas horarias de carga elevada de una red eléctrica principal
Campo técnico
Diversos ejemplos de la invención se refieren, en general, a la planificación operativa predictiva en una micro red eléctrica (en lo sucesivo, simplemente microrred), en donde la microrred presenta una conexión a una red eléctrica principal. Diversos ejemplos de la invención se refieren, en particular, a la planificación operativa predictiva, de modo que esta tenga en cuenta una toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en al menos una ventana horaria de carga elevada de la red eléctrica principal.
Antecedentes
La generación de energía eléctrica descentralizada en microrredes -por ejemplo, para el abastecimiento de energía autosuficiente de plantas industriales o islas- por ejemplo, con una combinación de generadores convencionales y fuentes de energía renovables, es ampliamente utilizada. En muchos casos, una microrred también comprende una conexión a la red eléctrica principal. Como resultado, la operación de la microrred se puede hacer más flexible y también mejor protegida contra fallas.
Las microrredes generalmente describen un grupo localizado de fuentes de energía eléctrica y consumidores de energía eléctrica. Las microrredes pueden abarcar fuentes de energía eléctrica convencionales y fuentes de energía eléctrica renovables. La microrred normalmente presenta un alcance limitado en comparación con las redes eléctricas principales. Los consumidores típicos en una microrred son, por ejemplo: viviendas; baterías de automóviles; plantas industriales; maquinaria; etc. Las fuentes de energía eléctrica típicas son, por ejemplo: plantas fotovoltaicas; generadores diésel; aerogeneradores; etc. Una microrred puede utilizarse, por ejemplo, en un bloque de pisos, un alojamiento compartido, una base militar, una estación de investigación, o similar. Las microrredes se pueden utilizar, por ejemplo, para el abastecimiento de energía autosuficiente de plantas industriales o islas.
Una microrred se puede conectar a una red eléctrica principal a través de una conexión. Al prever una conexión de la microrred con la red eléctrica principal, puede hacerse posible una operación particularmente flexible de la microrred. Además, puede hacerse posible una protección contra fallas recurriendo al abastecimiento de energía eléctrica a través de la red eléctrica principal. La operación de la red eléctrica principal se puede estabilizar y respaldar.
La operación de la red eléctrica principal se puede respaldar mediante la microrred, por ejemplo, teniendo en cuenta las denominadas ventanas horarias de carga elevada (HLZ, por sus siglas en alemán). Por ejemplo, se puede reducir a este respecto la toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en las HLZ. Tal comportamiento se conoce como uso atípico de la red.
Al tener en cuenta las HLZ de la red eléctrica principal al operar la microrred, los picos de consumo o generación pueden amortiguarse en la red eléctrica principal. Esto puede respaldar la operación de la red eléctrica principal. Se evita la sobrecarga.
El artículo de RAFIEE SANDGANI MOHSEN ET AL: "Energy Management in a Network of Grid-Connected Microgrids/Nanogrids Using Compromise Programming", IEEE t Ra NSACTIONS ON SMART GRID, tomo 9, n.° 3, 1 de mayo de 2018 (2018-05-01), páginas 2180-2191, describe una red de microrredes conectadas en red, en donde las microrredes pueden intercambiar potencia con la red eléctrica principal y con otras microrredes. Para optimizar la gestión energética de la microrred, se minimizan las distancias del vector de costes de la microrred. Al minimizar el vector de costes de la microrred se tiene en cuenta el control de picos (peak shaving) mediante el término cipkPipk.
El artículo de GAZIJAHANI FARHAD SAMADI ET AL: "Reliability constrained two-stage optimization of multiple renewable-based microgrids incorporating critical energy peak pricing demand response program using robust optimization approach", ENERGY, tomo 161, 1 de agosto de 2018 (2018-08-01), páginas 999-1015, describe un programa de respuesta a la demanda para optimizar microrredes. El control (shaving) de picos críticos de precios lleva a un suavizado del perfil de carga y a la reducción de los costes de inversión. En función de la estación del año, se ajustan las ventanas en las que se suavizan los picos críticos de precios. Este artículo solo muestra un ajuste/parametrización de la ventana para el control de picos sobre la base de datos históricos.
Breve descripción de la invención
Existe la necesidad de integrar técnicas relacionadas con las HLZ de una red eléctrica principal en una planificación operativa predictiva de la microrred con conexión a la red eléctrica principal.
Este objetivo se soluciona mediante las características de las reivindicaciones independientes. Las características de las reivindicaciones dependientes definen formas de realización.
Un procedimiento para la planificación operativa predictiva en una microrred que presenta una conexión a una red eléctrica principal, en donde la operación de la red eléctrica principal está respaldada por la microrred teniendo en cuenta ventanas horarias de carga elevada, y en donde tiene lugar una reducción de la toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en las ventanas horarias de carga elevada, comprende: realizar una optimización de una función objetivo para un intervalo de planificación. La función objetivo tiene en cuenta, a este respecto, una toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en al menos una de tales HLZ de la red eléctrica principal, en donde la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada están dispuestas en el intervalo de planificación y en un intervalo histórico que es más largo, al menos en un factor de 10, que el intervalo de planificación, y en donde la función objetivo tiene en cuenta un toma de potencia adicional de la microrred desde la red eléctrica principal fuera de la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada en el intervalo histórico y en el intervalo de planificación. Además, el procedimiento comprende realizar la planificación operativa sobre la base del resultado de la optimización.
Un aparato comprende un procesador configurado para llevar a cabo el procedimiento anteriormente mencionado.
Un programa informático o un producto de programa informático o un medio de almacenamiento legible por ordenador comprende código de programa. El código del programa puede ser cargado y ejecutado por un procesador. Cuando el procesador ejecuta el código de programa, esto hace que el procesador ejecute las siguientes etapas: realizar una optimización de una función objetivo para un intervalo de planificación. La función objetivo tiene en cuenta una toma de potencia de una microrred desde una red eléctrica principal en al menos una HLZ de la red eléctrica principal. Y realizar una planificación operativa de la microrred sobre la base de un resultado de la optimización.
Las características expuestas anteriormente y las características que se describirán a continuación pueden usarse no solo en las correspondientes combinaciones expuestas explícitamente, sino también en otras combinaciones o de forma aislada sin apartarse del alcance de protección de la presente invención.
Breve descripción de las figuras
La Fig. 1 ilustra esquemáticamente una microrred con una conexión a una red eléctrica principal de acuerdo con diversos ejemplos.
La Fig. 2 ilustra esquemáticamente un aparato configurado para la planificación operativa de la microrred.
La Fig. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento a modo de ejemplo.
La Fig. 4 ilustra esquemáticamente el curso temporal de una toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal, así como las HLZ de acuerdo con diversos ejemplos.
La Fig. 5 ilustra esquemáticamente una toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal de acuerdo con una planificación operativa sobre la base de una optimización teniendo en cuenta las HLZ de acuerdo con diversos ejemplos.
Descripción detallada de formas de realización
Las propiedades, características y ventajas anteriormente descritas de esta invención, así como la manera en que se consiguen estas, resultarán más claras y más fácilmente comprensibles en relación con la siguiente descripción de los ejemplos de realización, que se explican en más detalle en relación con los dibujos.
A continuación, se explica la presente invención con más detalle sobre la base de formas de realización preferidas haciendo referencia a los dibujos. En las figuras, referencias iguales designan elementos iguales o similares. Las figuras son representaciones esquemáticas de diversas formas de realización de la invención. Los elementos representados en las figuras no están necesariamente representados a escala. Más bien, los diversos elementos representados en las figuras se reproducen de tal manera que los expertos en la técnica puedan entender su función y propósito general. Las conexiones y los acoplamientos entre unidades y elementos funcionales que se representan en las figuras también se pueden implementar como conexión o acoplamiento indirectos. Una conexión o un acoplamiento puede implementarse por cable o de manera inalámbrica. Las unidades funcionales se pueden implementar como hardware, software o una combinación de hardware y software.
A continuación se describen técnicas relacionadas con la planificación operativa predictiva en una microrred. Esto significa que uno o más nodos de una microrred pueden controlarse de acuerdo con un plan operativo correspondiente. Por ejemplo, el consumo, la potencia de salida, la frecuencia operativa, etc. podrían controlarse en consecuencia. Alternativa o adicionalmente, el plan operativo también podría determinar una arquitectura de la microrred, es decir, por ejemplo, una interconexión de nodos, etc. El plan operativo puede especificar uno o más de tales parámetros con resolución temporal para un intervalo de planificación.
La microrred puede presentar una gran cantidad de consumidores de energía eléctrica y fuentes de energía eléctrica. Por ejemplo, la microrred podría presentar uno o más de los siguientes nodos: planta fotovoltaica; acumulador de energía en batería; generador diésel; aerogenerador; aparato eléctrico, como máquinas, calefacciones, etc. La microrred puede, en particular, presentar una conexión a una red eléctrica principal. El operador de la microrred puede ser diferente del operador de la red eléctrica principal. Se pueden utilizar instancias de planificación diferentes para operar la microrred y para operar la red eléctrica principal. Se pueden utilizar planes operativos diferentes.
En diversas técnicas descritas en el presente documento puede ser posible realizar una planificación operativa para la microrred sobre la base del resultado de una optimización. A este respecto, la planificación operativa puede prever un intercambio de potencia entre la microrred y la red eléctrica principal.
Por ejemplo, la realización de la planificación operativa puede comprender: Enviar y/o recibir señales de control hacia y/o desde uno o más nodos de la microrred, caracterizando las señales de control la operación eléctrica de los nodos. Por ejemplo, una toma de potencia y/o una salida de potencia de los diversos nodos podría controlarse por medio de las señales de control.
En diversos ejemplos sería posible realizar la optimización de una manera discreta en el tiempo, es decir, teniendo en cuenta una serie de intervalos de tiempo discretos. Los intervalos de tiempo típicos que se pueden tener en cuenta en el marco de la optimización pueden presentar, por ejemplo, una duración en el intervalo de algunas decenas de segundos a minutos.
Es posible, por ejemplo, que la optimización se realice de forma prospectiva para el intervalo de planificación, comenzando en el tiempo real. En particular, sería posible que la optimización se llevara a cabo de forma continua. Esto significa que se puede utilizar un enfoque de ventana deslizante (en inglés, sliding window), en el que la optimización se realiza repetidas veces en varias iteraciones sucesivamente, comenzando el intervalo de planificación respectivo en el tiempo real respectivo y, por lo tanto, desplazándose hacia delante en el tiempo de una iteración a otra. El intervalo de planificación puede comprender, por ejemplo, una serie de intervalos de tiempo, por ejemplo, 1000 o 10000 o más intervalos de tiempo. Normalmente, la duración del intervalo de programación puede oscilar de horas a días.
Por ejemplo, en algunos ejemplos se podría realizar una optimización lineal de enteros mixtos (en inglés, Mixed Integer Linear Programming optimization, MILP optimization). En otros ejemplos, sin embargo, también podría realizarse una optimización cuadrática de enteros mixtos o algún otro tipo de optimización. Mediante el uso de una optimización de enteros, se puede lograr que la optimización se pueda realizar de forma particularmente eficiente en cuanto a recursos y rápidamente. Además, se pueden definir, por ejemplo, variables de estado binarias que, por ejemplo, adoptan el valor 1 o el valor 0, en función de si se cumple o no un determinado criterio.
Al usar una optimización lineal, a su vez se puede usar una implementación de la optimización particularmente eficiente desde el punto de vista computacional y menos intensiva en cuanto a recursos. Además, puede ser posible garantizar que se halle un máximo global o un mínimo global de una función objetivo de la optimización, teniendo en cuenta una o más condiciones límite. Los correspondientes enfoques de solución para optimizaciones lineales de enteros mixtos son conocidos, en principio, por el experto en la materia y se pueden utilizar aquí. Un correspondiente ejemplo se describe, por ejemplo, en: "Optimal Operational Planning for PV-Wind-Diesel-Battery Microgrid, G. G. Moshi, C. Bovo y A. Berizzi, IEEE Eindhoven PowerTech, 2015".
En los diversos ejemplos, en relación con la realización de la optimización, se tiene en cuenta una toma de potencia entre la microrred y la red eléctrica principal a través de una conexión correspondiente. El intercambio de potencia puede significar que en uno o más intervalos de tiempo correspondientes se transfiere energía eléctrica desde la red eléctrica principal a la microrred (toma de potencia) y/o en uno o más intervalos de tiempo se transfiere energía eléctrica desde la microrred a la red eléctrica principal (salida de potencia). Teniendo en cuenta un intercambio de potencia, se puede estabilizar la operación de la red eléctrica principal y la operación de la microrred. En particular, se pueden amortiguar picos de consumo o picos de producción en la microrred y/o en la red eléctrica principal. De esta manera, en particular, se puede evitar el mal funcionamiento de nodos individuales en las redes.
En diversos ejemplos, se tiene en cuenta, en particular, una toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en al menos una HLZ de la red eléctrica principal. Por ejemplo, una HLZ se puede especificar de acuerdo con un plan operativo de la red eléctrica principal. En las HLZ, normalmente hay un consumo de potencia particularmente alto de las cargas a las que abastece la red eléctrica principal. Por ejemplo, la potencia promedio consumida en una HLZ puede ser mayor que la potencia promedio consumida fuera de las HLZ en un determinado factor; por ejemplo, el factor puede situarse en el intervalo de 1,2-3,0. Por ejemplo, será posible que el operador de la red eléctrica principal anuncie una o más HLZ al comienzo de cada período operativo, por ejemplo en cada caso al comienzo de cada año. Las una o más HLZ se pueden determinar sobre la base de perfiles de carga históricos, por ejemplo.
En diversos ejemplos, es posible tener en cuenta en relación con la optimización si la operación de la microrred está cualificada para un denominado uso atípico de la red. Para que un consumidor de la red eléctrica principal -ta l como, por ejemplo, la microrred, que está conectada a la red eléctrica principal a través de una conexión y realiza una toma de energía- pueda estar cualificado para el uso atípico de la red, pueden tenerse en cuenta uno o más criterios relacionados con la toma de potencia desde la red eléctrica principal en las una o varias HLZ (criterios de cualificación).
Un criterio de cualificación a modo de ejemplo se refiere a la toma de potencia máxima (toma de carga pico) durante la HLZ relativamente con respecto a la toma de carga pico en todo el período operativo, pero fuera de las HLZ. Por ejemplo, se puede exigir que la relación entre la toma de carga pico dentro de las HLZ y la toma de carga pico fuera de las HLZ durante el período de funcionamiento sea inferior a un determinado valor umbral especificado (umbral de materialidad). Sin embargo, debe entenderse a este respecto que este criterio de las relaciones entre las tomas de demanda máxima es meramente un ejemplo. En general, también son concebibles otros criterios. Por ejemplo, podría tenerse en cuenta una toma de potencia promedio de la microrred desde la red eléctrica principal en las HLZ en relación con una toma de potencia promedio de la microrred desde la red eléctrica principal fuera de las HLZ durante el período operativo.
En general, para la cualificación del uso atípico de la red, se puede tener en cuenta que el consumidor actúe de forma atípica, ya que reduce su propia demanda en momentos en los que suele haber una demanda de energía eléctrica generalmente alta. Un umbral de materialidad correspondiente puede situarse en el intervalo del 5-30 %, por ejemplo.
Teniendo en cuenta el uso atípico de la red, por ejemplo, los recursos disponibles en la microrred se pueden usar de manera más eficiente. A continuación se describen técnicas que hacen posible integrar el uso atípico de la red en la planificación operativa predictiva en el contexto de una optimización, por ejemplo, una optimización lineal de enteros mixtos.
La figura 1 ilustra esquemáticamente una microrred 100 con una serie de nodos 101-106. Los nodos 101-106 están conectados mediante líneas, determinando la disposición de los nodos en la microrred 100 una arquitectura de la microrred 100. Además, la microrred 100 también presenta otro nodo 110 adicional que modela una conexión de la microrred 100 con una red eléctrica principal 120. Se puede implementar un intercambio de potencia 121 entre la microrred 100 y la red eléctrica principal 120 a través de la conexión 110, es decir, se puede poner en práctica un flujo de energía eléctrica.
En el marco de la realización de una planificación operativa de la microrred 100, se puede controlar la operación individual de los diversos nodos 101-106. Alternativa o adicionalmente, sin embargo, la arquitectura de la microrred 100 también podría configurarse.
La figura 2 ilustra esquemáticamente un aparato 500 que puede utilizarse para realizar una planificación operativa de la operación de una microrred, por ejemplo, la microrred 100 de la figura 1. El aparato 500 comprende un procesador 501. Por ejemplo, el procesador podría implementarse como FPGA o ASIC o microprocesador o CPU. El aparato 500 también comprende una memoria 502, por ejemplo una memoria no volátil y/o volátil. Por ejemplo, la memoria 502 podría estar configurada como memoria RAM. Alternativa o adicionalmente, la memoria 502 podría estar configurada como disco duro magnético o memoria flash. En particular, puede ser posible que el código de programa se almacene en la memoria 502 y que el procesador 501 lo cargue y lo ejecute. El procesador 501 también puede intercambiar señales de control 510 con uno o más de los nodos 101-106, 110 de la microrred 100 a través de una interfaz de comunicación 503. De este modo se puede controlar la operación de los nodos 101-106, 110. También sería posible, por ejemplo, que la interconexión flexible de las conexiones y líneas entre los distintos nodos 101-106, 110 de la microrred 100 se controlara a través de correspondientes señales de control 510.
Cuando el procesador 501 ejecuta el código de programa cargado por la memoria 502, esto puede hacer que el procesador 501 ejecute determinadas técnicas, tal y como se describen en detalle a continuación. Estas técnicas pueden comprender, por ejemplo: realizar una planificación operativa para una microrred; realizar una optimización, en particular una optimización lineal de enteros, teniendo en cuenta una o más condiciones límite; establecer la función objetivo y/o las una o más condiciones límite de la optimización teniendo en cuenta una toma de potencia (por ejemplo, una toma de carga pico) de la microrred desde una red eléctrica principal en una o más HLZ; etc.
Por ejemplo, un posible procedimiento que puede ser llevado a cabo por el procesador 501 cargando el código de programa desde la memoria 502 se describe en relación con el diagrama de flujo de la figura 3.
La figura 3 ilustra esquemáticamente un procedimiento de acuerdo con diversos ejemplos. La figura 3 es un diagrama de flujo. Por ejemplo, el procedimiento de la figura 3 podría llevarlo a cabo un aparato que incluya un procesador y una memoria con el correspondiente código de programa (véase el aparato 500 de la figura 2). El procedimiento de acuerdo con la figura 3 sirve para la planificación operativa de una microrred, por ejemplo, la microrred 100 de la figura 1.
En primer lugar, en el bloque 1001, se realiza una optimización discreta en el tiempo de una función objetivo para un intervalo de planificación. En particular, el intervalo de planificación puede extenderse hacia el futuro, partiendo del tiempo real. Esto significa que se hace posible una planificación operativa predictiva en el bloque 1002 porque determinados parámetros de control de los diversos nodos de la microrred 100 o de la propia microrred 100 pueden controlarse sobre la base de un resultado de la optimización del bloque 1001 y puede predecirse así predictivamente cómo varía la operación de microrred a lo largo del tiempo.
En el bloque 1002, se realiza la planificación operativa. A este respecto, se tiene en cuenta el resultado de la optimización del bloque 1001. Por ejemplo, la planificación operativa puede comprender la determinación de un plan operativo.
En diversos ejemplos, puede ser posible que la optimización y la planificación operativa en los bloques 1001 y 1002 se realicen de forma continua, lo que se indica mediante la línea discontinua en la figura 3.
Al realizar las optimizaciones en el bloque 1001, puede ser posible, en particular, tener en cuenta una toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en al menos una HLZ de la red eléctrica principal. Por ejemplo, sería posible tener en cuenta una toma de potencia máxima de la microrred desde la red eléctrica principal en al menos una HLZ, es decir, la toma de carga pico. Sin embargo, también podría tenerse en cuenta una toma de potencia promedio, o podría tenerse en cuenta un valor para la toma de potencia integrado a lo largo de la duración de la HLZ.
Teniendo en cuenta la toma de potencia en la al menos una HLZ, se puede establecer la cualificación positiva o negativa para el uso atípico de la red. En particular, una remuneración por el correspondiente respaldo a la operación de la red eléctrica principal podría establecerse por una reducción en la toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en al menos una HLZ. Los detalles relacionados con la HLZ se ilustran en relación con la figura 4.
La figura 4 ilustra aspectos relacionados con las HLZ 301, 302. La figura 4 ilustra, en particular, una toma de potencia 201 de la microrred 100 desde la red eléctrica principal 120 en función del tiempo, en este caso en el transcurso de un día. El período de tiempo representado se corresponde con el intervalo de planificación 602 de una optimización que se realiza de manera predictiva en el instante 601.
Por ejemplo, se puede ver en la figura 4 que la HLZ 301 se define en el período de 10:00 a 13:00 horas; y la HLZ 302 se define en el período de 17:00 a 19:00 horas. Estos valores son meramente a modo de ejemplo.
Las HLZ 301, 302 podrían definirse en correspondientes datos de control que se transfieren al aparato 500.
En el ejemplo de la figura 4 también se muestra la toma de potencia máxima 212 durante todo el período operativo, por ejemplo, durante el transcurso del año. Esta se sitúa en alrededor de 460 kW.
En la figura 4 también se muestra la toma de potencia máxima 211 durante la HLZ 301,302 en el período representado. Esta se sitúa en alrededor de 270 kW.
En la figura 4 también se muestra una relación 221 entre la toma de potencia máxima 211 y la toma de potencia máxima 212. Esta relación 221 cumple con un umbral de materialidad 222. Esto significa que la operación de la microrred en el ejemplo de la figura 4 está cualificada para el uso atípico de la red.
Tal posibilidad del uso atípico de la red debería tenerse en cuenta en la distribución de cargas durante la operación de microrredes. Sin embargo, con las técnicas convencionales para la planificación operativa predictiva de microrredes, a menudo no es posible o solo es posible de forma limitada implementar la cualificación para el uso atípico de la red. Esto se debe a que las técnicas convencionales a menudo se limitan a un intervalo de planificación 602 de unas pocas horas a un día: Hay muchas razones para esto: Un día es la duración típica del ciclo para la planificación del uso de una batería ("¿Cuándo tengo que cargar la batería durante el día y cuándo vuelvo a usar esta energía para, por ejemplo, cubrir picos de carga?"). Sin embargo, las predicciones en cuanto a la disponibilidad de fuentes de energía renovables y la producción de electricidad requerida en la microrred se vuelven más inciertas para intervalos de planificación 602 más largos. Los tiempos de ejecución de los programas para la planificación operativa aumentan con la duración del intervalo de planificación 602. Las herramientas de control basadas en MILP se reinician de forma continua y solo tienen un tiempo limitado para entregar resultados debido a la planificación operativa en curso (a veces se requiere una operación en tiempo real).
En general, el intervalo de planificación 602 de los programas para la planificación operativa es, por lo tanto, significativamente más pequeño que el período operativo típico, que normalmente es de un año; por ejemplo, en al menos un factor de 10 o más.
En consecuencia, surge el problema de tener en cuenta la cualificación para el uso atípico, que generalmente también se refiere a la toma de potencia (por ejemplo, máxima) desde la red eléctrica principal durante todo el período operativo en curso, en la optimización continua con el horizonte de tiempo más corto del intervalo de planificación.
En términos generales, por lo tanto, es posible que haya varias HLZ en el intervalo de planificación, así como en un intervalo histórico que sea más largo, al menos en un factor de 10, que el intervalo de planificación. En particular, por lo tanto, es posible tener en cuenta el intervalo histórico en la planificación operativa. La función objetivo puede, por ejemplo, tener en cuenta la toma de carga pico de la microrred desde la red eléctrica principal fuera de las múltiples HLZ en el intervalo histórico y en el intervalo de planificación.
En general, una o más características de la operación de la microrred durante el intervalo histórico pueden ser tenidas en cuenta como parámetros relacionados con la optimización. Dado que la optimización se realiza en un momento posterior al final del intervalo histórico, los valores de estos parámetros son fijos en el momento en que se realiza la optimización, aunque después los valores de los parámetros se pueden actualizar antes de realizar la siguiente iteración de la optimización.
El intervalo histórico puede, por ejemplo, corresponder al período operativo durante el cual se determina la cualificación para el uso atípico de la red.
Una implementación a modo de ejemplo se comenta en detalle a continuación. En este caso se realiza una optimización lineal de enteros mixtos y discreta en el tiempo. Para ello, el intervalo de planificación 602, [0,T] de la optimización, normalmente 24 horas, se divide en intervalos de tiempo individuales tn con n e {1 ... N}, con to = 0 y tN = T. Se define:
Parámetro:
tn'. Comienzo del intervalo de tiempo n
Atn. Duración del intervalo de tiempo n
Ppeak, His' Toma de potencia máxima (en inglés, peak) desde la red eléctrica principal en el intervalo histórico dentro y fuera de las ventanas horarias de carga principal normalizada a [O,1]
PPeak, HiS' Toma de potencia máxima en HLZ en el intervalo histórico, normalizada a [O,1]
IdHD(tn): Parámetro indicador que indica si una HLZ está activa en el intervalo de tiempo n
PExPeak' Toma de potencia máxima esperada desde la red, normalizada a [O,1]
ÚPpeak' Umbral de materialidad en %
CP: Costes por kWp de toma de potencia máxima desde la red en €/kWp
Variables:
P(tn): Toma de potencia desde la red eléctrica principal en el intervalo de tiempo n (variable de control), normalizada a [O,1]
PPeak: Toma de potencia máxima desde la red eléctrica principal en el intervalo histórico y el intervalo de planificación, normalizada a [O,1]
pPeak. Toma de potencia máxima en HLZ desde la red eléctrica principal en el intervalo histórico y el intervalo de planificación, normalizada a [O,1]
IdAtyp: Variable indicadora: ¿Hay un uso atípico de la red?
1, si P Peak >(1 - APPeak/100) * PPeak, si no 0
IdPeak,His: Variable indicadora: ¿Es la toma de potencia máxima en todos los pasos de tiempo en el intervalo de planificación actual menor que en el intervalo histórico?
1, si PPeak,His = maxk=l,..,n [P(tk), PPeak,His], si no 0
IdPeak(tn): Variable indicadora: ¿Es la toma de potencia máxima en el intervalo de tiempo n del intervalo de planificación mayor que en el intervalo histórico y en todas las demás ventanas horarias k?
1, si P(tn) = maxk=l,..,n, [P(tk), PPeak,His], si no 0
PViol: PPeak - PPeak, Si IdAtyp = 0, Si no 0
Utilizando estos parámetros y variables, se formula un programa (P) de optimización lineal de enteros mixtos para modelar el comportamiento de la microrred y minimizar los costes para los picos de potencia de la toma de energía eléctrica desde la red eléctrica principal:
(1 )minp Cp * (PPeak + Pviol) (Función objetivo)
(2) Pviol ^ PPeak _ PPeak - IdAtyp (Superación de la potencia)
(3) IdAtyp ^ 1-(PPeak -(1-APPeak/100) *PPeak) (Cualificación uso atípico)
(4) |dPeak,His + YJn.ld P e ak ( tn ) = 1 (Selección ventana horaria P-pico)
(5a) PPeak ^ P(tn) (Barrera inferior pico de potencia)
(5b) PPeak ^ PPeak,His (Barrera inferior pico de potencia)
(5c) PPeak ^ P (tn ) ( 1-IdPeak (tn ) ) (Barrera superior pico de potencia)
(5d) PPeak ^ PPeak,His+ (1-IdPeak,His ) (Barrera superior pico de potencia)
(6a) PPeak ^ P(tn), si IdHD(tn)—l (Barrera inferior pico de potencia HLZ)
(6b) PPeak ^ PPeak,His (Barrera inferior pico de potencia HLZ)
Por medio de la Ec.(3) se puede determinar si existe un uso atípico de la red. Mediante las variables indicadoras IdAtyp se efectúa entonces en la función objetivo de acuerdo con la Ec. (1) una distinción entre casos.
Este programa de optimización se controla a través de los puntos de potencia P(tn) de la conexión a la red eléctrica principal. El funcional objetivo (1) es la suma de los costes incurridos para la toma de potencia máxima desde la red eléctrica principal y debería minimizarse.
La condición límite (2) describe la diferencia entre la toma de potencia máxima desde la red eléctrica principal y la toma de potencia máxima desde la red eléctrica principal en las HLZ, en caso de que no se esté cualificado para el uso atípico de la red. Esto se logra restando la variable indicadora IdAtyp: Si IdAtyp = 1, es decir, la microrred está cualificada para un uso atípico de la red, entonces puede establecerse Pvíoi = 0 y la función objetivo se calcula solamente sobre la base del pico de potencia en la HLZ Ppeak. Si IdAtyp = 0, es decir, la microrred no está cualificada para un uso atípico de la red, entonces debe ser P víoi = Ppeak - Ppeak y la función objetivo se calcula sobre la base del pico de potencia Ppeak. Sin embargo, también son posibles otras formulaciones para la función objetivo.
La cualificación para el uso atípico de la red se describe mediante la inecuación (3). Si la distancia entre Ppeak y Ppeak es mayor o igual al umbral de materialidad APpeak, entonces IdAtyp = 1, si no IdAtyp = 0.
La ecuación (4) se encarga de la selección del paso de tiempo en el que se produce la toma de potencia máxima. Esto se realiza mediante una condición límite SOS-1 en variables indicadoras.
Las condiciones límite (5a) - (5d) se encargan que la toma de potencia máxima Ppeak se calcule de manera correspondiente a la toma de potencia P(tn) en el horizonte de previsión o intervalo de planificación actual y en el intervalo histórico. Las inecuaciones (6a) y (6b) proporcionan barreras inferiores para la toma de potencia máxima Ppeak en las HLZ del horizonte de previsión actual y el intervalo histórico.
Después de cada llamada de optimización, la toma de potencia máxima desde la red en el intervalo histórico Ppeak,hís y en las HLZ Ppeak, hs se actualiza de manera correspondiente a las tomas de potencia reales en el horizonte de previsión en curso. Esto significa que los valores correspondientes se actualizan en función de la planificación operativa correspondiente.
Puede suceder que aún no se disponga de información sobre el intervalo histórico. Este puede ser el caso, por ejemplo, cuando se inicializa el intervalo histórico. Este puede ser el caso cuando comienza el período operativo (por ejemplo al comienzo de un año).
Por lo tanto, al comienzo del intervalo histórico, la toma de potencia máxima se puede inicializar con la toma de potencia máxima esperada/supuesta:
PPeak,H ís = PExPeak Y Ppeak,Hís PExPeak *(1 APpeak/100).
Es decir, en esta situación, no hay información disponible sobre el intervalo histórico. Por lo tanto, se utiliza una suposición plausible para la toma de potencia marginal en la ventana horaria de carga principal, y opcionalmente también fuera de la ventana horaria de carga principal, para prevenir un resultado de optimización errático.
En algunas aplicaciones, en lugar de una planificación diaria única, se realiza una planificación operativa continua con reoptimización regular. Esto está respaldado por las técnicas descritas anteriormente (desplazamiento del intervalo de planificación y transferencia del estado actual del sistema, por ejemplo, los picos de potencia anteriores dentro y fuera de la HLZ en el intervalo histórico). En otras palabras, esto significa que para cada iteración al realizar la optimización, es posible pasar un valor para la toma de potencia máxima adicional (fuera de la HLZ en el intervalo histórico) a partir de una variable correspondientemente disponible y luego actualizar este valor en función de la planificación operativa, es decir, después de determinar la toma de potencia máxima también en el intervalo de planificación respectivo. Si, por ejemplo, se efectúa una toma de potencia máxima adicional más alta fuera de la HLZ en el intervalo de planificación actual (en comparación con la toma de potencia máxima anterior en el intervalo histórico), se puede ajustar el valor de la variable correspondiente.
También se señala lo siguiente en relación con las ecuaciones (1) -(4): La variable indicadora IdAtyp describe si existe cualificación para el uso atípico de la red o no. En el marco de la optimización, la toma de potencia máxima dentro de las HLZ y/o la toma de potencia máxima fuera de las HLZ se pueden ajustar para variar el valor para esta variable indicadora, o la cualificación para el uso atípico de la red. Si, por ejemplo, se implementó una toma de potencia máxima comparativamente grande por encima del umbral de materialidad en una o más HLZ en el intervalo histórico, esto puede significar que incluso una toma de potencia máxima particularmente baja en una o más HLZ en el intervalo de planificación no puede permitir renovar la cualificación para el uso atípico de la red. Entonces puede no haber ningún incentivo particular para limitar la toma de potencia en las HLZ. Por otro lado, podría ser que un breve aumento en la toma de potencia máxima fuera de la HLZ en el intervalo de planificación pudiera dar como resultado una recualificación renovada para el uso atípico de la red. Este y otros comportamientos pueden establecerse teniendo en cuenta la distinción entre casos en la función objetivo entre cualificación para operación de red atípica y no cualificación para operación atípica, modelada por la variable indicadora.
La ecuación (1) muestra que la función objetivo puede tener una bonificación predeterminada en el caso de cualificación para la operación de red atípica, a saber, por ejemplo, el mero cálculo en relación con el pico de potencia en las una o más HLZ en el intervalo histórico y en el intervalo de planificación (normalmente un valor comparativamente bajo); mientras que en el caso sin cualificación para operación de red atípica, la función objetivo se determina sobre la base de la potencia pico en todo el intervalo histórico y en el intervalo de planificación fuera de la HLZ (normalmente un valor comparativamente grande)
Debe entenderse a este respecto, en principio, que la función objetivo formulada en la ecuación (1) solo puede formar parte de una función objetivo que se tiene en cuenta en su conjunto. Normalmente, también se pueden tener en cuenta muchos otros objetivos planteados en relación con la función objetivo, como el desgaste, los puestos de conexión/desconexión, etc. Sin embargo, la función objetivo formulada anteriormente, así como los parámetros y variables, se pueden integrar fácilmente en los enfoques existentes para la optimización o la planificación operativa, como por ejemplo en "Optimal Operational Planning for PV-Wind-Diesel-Battery Microgrid, G. G. Moshi, C. Bovo y A. Berizzi, IEEe Eindhoven PowerTech, 2015.
La figura 5 ilustra aspectos relacionados con la planificación operativa predictiva de microrredes teniendo en cuenta las HLZ de una red eléctrica principal. En particular, la figura 5 ilustra la toma de potencia de la microrred 201 desde la red eléctrica principal 120 a través de la conexión 110 en función del tiempo. En el ejemplo de la figura 5, la planificación operativa que determina la toma de potencia 201 se realizó aplicando técnicas como las descritas anteriormente. A este respecto, en el ejemplo de la figura 5, se considera una microrred 100 simplificada, que comprende una conexión a una red eléctrica principal 120, una carga y una batería. Se definen dos HLZ 301, 302 en relación con la red eléctrica principal 120. El intervalo de planificación 602 tiene una duración de 24 horas. Por lo tanto, en relación con la optimización, se tiene en cuenta la h Lz 302 desde aprox. las 10:00 a.m.: La HLZ 302 se extiende durante un período de 30 a 33 horas.
En la fig. 5 se puede ver que la optimización provoca una planificación operativa en la que se reduce la toma de potencia 201 desde la red eléctrica principal 120 durante la h Lz 302: El consumo de potencia 270 de la carga también es alimentado en parte tomando la potencia correspondiente desde la batería. El consumo de potencia 270 de la carga en la HLZ 302 es en particular mayor que la toma de potencia 201 desde la red eléctrica principal 120. En consecuencia, la batería se carga en previsión (en el período desde aprox. las 10:00 a.m. hasta aprox. las 11:00 a.m., véase la figura 5, a continuación, donde se ilustra el estado de carga 275), a fin de minimizar el pico de toma de potencia 201 desde la red eléctrica principal 120 en la HLZ 302. Como resultado, se puede lograr una cualificación para el uso atípico de la red.
En resumen, se han mostrado anteriormente técnicas para tener en cuenta el uso atípico de la red en relación con las HLZ en programas para realizar una optimización lineal de enteros en el contexto del control continuo previsivo de microrredes. Un enfoque flexible hace posible configurar el uso atípico de la red en diferentes microrredes de diferentes operadores con un conjunto uniforme de parámetros. En particular, se han descrito técnicas que pueden integrarse fácilmente en optimizaciones lineales de enteros mixtos de acuerdo con la implementación de referencia.
Las técnicas descritas en el presente documento tienen las siguientes ventajas:
Sencillez: El hecho de tener en cuenta el uso atípico de la red es algo que se puede integrar fácilmente en programas convencionales con una optimización lineal de enteros predictiva.
Esto permite un control predictivo continuo de las microrredes.
Aumento de la eficiencia: El hecho de tener en cuenta el uso atípico de la red hace posible minimizar los costes operativos de las microrredes.
Flexibilidad: Con el enfoque ilustrado, el uso atípico de la red en diferentes microrredes de diferentes operadores puede configurarse y usarse con un conjunto uniforme de parámetros.
Por supuesto, las características de las formas de realización y los aspectos de la invención que se han descrito anteriormente pueden combinarse entre sí. En particular, las características pueden usarse no solo en las combinaciones descritas, sino también en otras combinaciones o por sí solas, sin salirse del campo de la invención.
Por ejemplo, se han descrito anteriormente técnicas en las que la cualificación para el uso atípico de la red depende de una relación entre una toma de potencia máxima en una o más HLZ y una toma de potencia máxima fuera de las una o más HLZ en un intervalo histórico y en un intervalo de planificación. Los correspondientes valores de los parámetros para el intervalo histórico se pueden actualizar continuamente. En otros ejemplos, la cualificación para el uso atípico de la red podría depender de criterios diferentes o adicionales. Por ejemplo, en lugar de una toma de potencia máxima dentro de la HLZ y/o fuera de la HLZ, también podría tenerse en cuenta una toma de potencia promedio dentro de la HLZ y/o fuera de la HLZ, o una toma de potencia integrada.
Además, anteriormente se describieron técnicas en las que la remuneración en caso de cualificación para la operación de red atípica depende de la toma de potencia máxima dentro de una HLZ. En otros ejemplos, la remuneración por la cualificación para la operación de red atípica también podría diseñarse de manera diferente. Por ejemplo, el consumo medio de electricidad dentro de las HLZ podría ser determinante para la remuneración en relación con la cualificación para el uso atípico de la red.
Además, se han descrito anteriormente técnicas en las que se tenía en cuenta la cualificación para el uso atípico de la red en el contexto de una optimización lineal de enteros mixtos. En otros ejemplos, también podrían tenerse en cuenta otras técnicas de optimización, por ejemplo, optimización cuadrática de enteros mixtos o también optimización no de enteros.
Además, se describieron diversos ejemplos en los que se tiene en cuenta en el marco de la optimización una toma de potencia promedio o máxima desde la red eléctrica principal durante las HLZ. En algunos ejemplos, también podría tenerse en cuenta una salida de potencia desde la microrred a la red eléctrica principal.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la planificación operativa predictiva en una microrred (100) con conexión (110) a una red eléctrica principal (120),
en donde la operación de la red eléctrica principal está respaldada por la microrred teniendo en cuenta ventanas horarias de carga elevada, y en donde tiene lugar una reducción de la toma de potencia de la microrred desde la red eléctrica principal en las ventanas horarias de carga elevada,
comprendiendo el procedimiento:
- realizar una optimización de una función objetivo para un intervalo de planificación (602), teniendo en cuenta la función objetivo una toma de potencia (211) de la microrred (100) desde la red eléctrica principal (120) en al menos una de estas ventanas horarias de carga elevada (301, 302) de la red eléctrica principal (120),
en donde la al menos una ventana horaria de carga elevada (301, 302) comprende una pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302),
en donde la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302) están dispuestas en el intervalo de planificación (602) y en un intervalo histórico que es más largo, al menos en un factor de 10, que el intervalo de planificación (602), y
en donde la función objetivo tiene en cuenta una toma de potencia adicional (212) de la microrred (100) desde la red eléctrica principal (120) fuera de la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302) en el intervalo histórico y en el intervalo de planificación (602), y
- realizar la planificación operativa sobre la base de un resultado de la optimización.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además:
- cargar al menos un valor para la toma de potencia y/o la toma de potencia adicional (212) a partir de una variable en relación con la realización de la optimización, y
- actualizar el al menos un valor en función de la planificación operativa.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
en donde la función objetivo tiene en cuenta una distinción entre casos entre (i) cualificación para uso atípico de la red y (ii) no cualificación para uso atípico de la red,
realizándose la distinción entre casos en función de una relación entre la toma de potencia y la toma de potencia adicional.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
en donde la función objetivo en el caso (i) de cualificación para el uso atípico de la red tiene una bonificación predeterminada,
en donde la función objetivo en el caso (ii) de no cualificación para el uso atípico de la red no tiene la bonificación predeterminada.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 4, que comprende además:
- si no se dispone de información sobre el intervalo histórico: usar una suposición para la toma de potencia máxima de la microrred (100) desde la red eléctrica principal (120) en la pluralidad de ventanas horarias de carga elevada (301, 302).
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
en donde la optimización se realiza como optimización lineal de enteros mixtos.
7. Aparato con un procesador configurado para llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6.
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