Planificación de la capacidad de generación y transmisión considerando restricciones operacionales y estabilidad de frecuencia

Abstract

En esta memoria se desarrolla un modelo para resolver el problema de la planificación de la expan sión de la capacidad de generación y transmisión en un sistema eléctrico de potencia, con el objetivo de que frente a diversos criterios como el aumento de la demanda en un horizonte de planificación, contingencias en generación y transmisión, entre otros. El plan de expansión resultante debe ser capaz de satisfacer la demanda en el largo plazo de manera segura, resilente y eficiente. Es importante destacar que en el desarrollo de la formulación matemática se incluyen restricciones para analizar el fenómeno de estabilidad de frecuencia frente a una salida de una unidad de generación según el criterio N-1. El objetivo de realizar esto es asegurar que la frecuencia en estado estable, el RoCoF (Rate of change of frequency) y el Nadir se mantengan dentro de límites establecidos por norma. En base a lo anterior, al modelo se le añaden distintas consideraciones con el fin de mejorar la confiabilidad y seguridad en la operación para un horizonte de planificación. De aquí se destaca por ejemplo que las centrales renovables no convencionales y sistemas de almacenamiento BESS pueden participar del control de frecuencia mediante convertidores basados en electrónica de potencia con el fin de aportar con inercia virtual, en la modelación matemática también se incluyen restricciones de seguridad tipo N-1 en generación y transmisión, la modelación del problema de TS (Transmission Line Switching) como medida para disminuir la congestión de líneas, entre otros criterios técnicos. Para la validación del algoritmo se realizaron diversas simulaciones en un sistema de prueba tipo IEEE de 39 barras y en una versión reducida del Sistema Eléctrico Nacional de Chile (SEN), con siderándose diversos criterios para el crecimiento de la demanda en un horizonte de planificación, escenarios para la generación de centrales solares y eólicas y distintos planes candidatos de expansión para la generación y trasmisión basados en diferentes tecnologías y formas de desarrollo plausibles de un sistema de potencia. Por otro lado, de los resultados de las simulaciones se incluyen métricas de error y gráficas con la finalidad de analizar los distintos comportamientos de las variables de decisión y operación para cada plan de expansión obtenido, por otro lado, se incluyen indicadores de desempeño computacional con el fin de cuantificar la complejidad matemática del problema. Finalmente del presente trabajo se concluye que la inclusión de restricciones de estabilidad en fre cuencia, como también, la participación de las centrales renovables en el control primario de frecuencia ante contingencias según el criterio de seguridad N-1 en generación, le añade seguridad y robustez al problema de planificación y operación en sistemas de potencia.