Este conjunto de herramientas se adapta a la representación en virtud de inseguridad de los sistemas energéticos integrados – La participación de múltiples tecnologías de generación y teniendo en cuenta la disponibilidad de recursos renovables, la disponibilidad de los combustibles, y las restricciones de transporte en líneas de transmisión y oleoductos. Los diversos modelos utilizan técnicas de optimización estocástica para resolver problemas operacionales y de planificación.

NetPlan – Modelo para la planificación de la expansión de la transmisión

NetPlan es un ambiente computacional integrado para la planificación de la expansión y el análisis de redes de transmisión que incluye:

  • herramientas de gerencia de datos (edición de datos e importación de datos externos)
  • recursos para gerencia del estudio (verificación de coherencia de datos y cronología)
  • recursos para visualización de la configuración de la red y resultados del estudio (diagramas esquemáticos, flujos de circuitos, indicadores de sobrecarga, costo del plan de expansión, costo marginal nodal, diagramas de contorno de carga de la red)
  • interfaz gráfica que permite interacción con sus diferentes módulos

Os siguientes módulos de planificación están disponibles en el ambiente NetPlan:

  • OptNet, para la planificación de la expansión de la red de transmisión de alta tensión
  • PSRFlow, para análisis de redes de transmisión CA y CC
  • OptFlow, para la planificación de recursos de potencia reactiva (VAr)
  • Tariff, para asignación de costos de transmisión de energía

Todos los modelos utilizan herramientas de optimización especialmente diseñadas para resolver redes a gran porte.

Módulo OptNet - Planificación de la expansión de la transmisión

Aspectos de modelaje

OptNet modela la planificación de la expansión de la transmisión como un problema de programación entera-mixta con las siguientes características:

  • Representación del sistema de transmisión a través del modelo de flujo de potencia linealizado
  • Representación de escenarios de despacho de generación producidos por el modelo SDDP para representar las incertidumbres en la demanda y en la producción de generación de los recursos hídricos y renovables
  • Representación de diferentes tipos de candidatos de expansión de la transmisión: líneas de transmisión de CA, transformadores, capacitores en serie y elementos del sistema de transmisión de CC
  • Representación de restricciones de proyecto: conjuntos de proyectos asociados, conjuntos de proyectos mutuamente excluyentes y restricciones de precedencia
  • El proceso de expansión se puede aplicar considerando todos los circuitos en operación (caso base) así como también contingencias simples de circuito
  • Los resultados incluyen el plan de expansión decidido por el modelo y los resultados operativos detallados que pueden mostrarse gráficamente en el diagrama de red y también pueden ser visualizados utilizando una planilla Excel

Metodología de solución

La función objetivo consiste en minimizar el costo de inversión en nuevos elementos de transmisión al mismo tiempo que garantiza la confiabilidad en el suministro de demanda del sistema. La solución del problema lineal entero-mixto es proporcionada utilizando las técnicas más avanzadas de optimización.

La metodología combina un método heurístico, que garantiza una solución factible, con un método de descomposición de Bender, que proporciona una solución óptima cuando se alcanza la convergencia. Los escenarios de despacho y las contingencias se representan utilizando una estrategia de expansión incremental, siendo el algoritmo adecuado para estudios de planificación de la expansión de redes de gran porte y con alta penetración de generación renovable.

Módulo PSRFlow - Análisis de la red de transmisión CA y CC

Aspectos de modelaje

  • Aplicaciones diseñadas para el análisis de redes de transmisión
  • Incluye un flujo de potencia convencional CA y CC y análisis de contingencias
  • Integración con escenarios de despacho de generación y demanda producidos por el modelo SDDP
  • Las salidas incluyen resultados operativos detallados, que pueden mostrarse gráficamente en el diagrama de red y también pueden ser visualizados utilizando el Excel

Metodología de solución

La aplicación de flujo de potencia resuelve las ecuaciones de flujo de potencia mediante el uso de un método de Newton Raphson convencional o el desacoplado rápido, para controles de CA y CC. El flujo de potencia lineal se encuentra también disponible.

El análisis de contingencias procesa una lista de contingencias con el objetivo de detectar violaciones en la red (flujo en los circuitos, voltaje en las barras, etc.).

Módulo OptFlow - Planificación de compensación de potencia reactiva (VAr)

Aspectos de modelaje

El módulo OptFlow es la herramienta computacional para la planificación de expansión de potencia reactiva con las siguientes características:

  • Representación de diferentes escenarios de generación y demanda producidos por el SDDP para capturar incertidumbres en fuentes renovables (hidráulica, eólica y solar)
  • Modelaje de balance de potencia activa y reactiva no lineal en cada nodo de la red eléctrica (leyes de Kirchhoff)
  • Modelaje de diferentes límites de operación de la red: voltaje en las barras, flujo de potencia activa y reactiva en los circuitos, taps de los transformadores, shunts y compensador estático de reactivo
  • Los resultados incluyen el plan de expansión decidido por el modelo y los resultados operativos detallados que pueden mostrarse gráficamente en el diagrama de red y pueden también ser visualizados utilizando una planilla Excel

Metodología de solución

La función objetivo considera la minimización del costo de inversión en nuevos equipos shunts más el costo penalizado de desvío del despacho inicial de potencia activa, para cada escenario de despacho y demanda.

Las variables de decisión incluyen la generación de potencia activa y reactiva de las unidades generadores, los ángulos de voltaje de las barras, los taps y ángulo de desfasaje de los transformadores y la susceptancia de los capacitores/reactores.

La metodología de solución consiste en aplicar un algoritmo de puntos interior primal-dual robusto para cada escenario representado. La solución proporcionada por el modelo garantiza que se cumplan los límites y restricciones operativas para cada escenario de generación y demanda. La decisión de inversión en nuevos elementos de compensación de potencia reactiva sólo es activada una vez que todos los controles de potencia reactiva disponibles fueron utilizados.

Módulo Tariff - Asignación de costos de utilización de la red de transmisión (en breve)

Aspectos de modelaje

El módulo Tariff es una herramienta computacional diseñada para asignar los costos de utilización de la red de transmisión entre sus usuarios (productores y consumidores). Para cumplir con tal finalidad, el módulo Tariff es capaz de:

  • Identificar como los productores y consumidores utilizan la red
  • Asignar costos considerando una amplia gama de escenarios operativos, de forma que los cálculos de tarifas sean adherentes a la operación y planificación del sistema eléctrico real

El módulo Tariff es una poderosa herramienta para los agentes del sector eléctrico:

  • Planificadores y reguladores del sistema pueden utilizarla para revelar los costos reales de expansión de la transmisión y promover la asignación de costos y la determinación de tarifas; o se puede utilizar como herramienta de planificación para evaluar diferentes metodologías de asignación de costos y seleccionar las más adherentes al sistema eléctrico
  • Generador y consumidores que buscan pronosticar tarifas y costos para el futuro

Metodología de solución

El módulo Tariff modela tres metodologías diferentes de asignación de costos de transmisión:

1. Nodal: utilizada por Brasil y Reino Unido para asignar los costos de transmisión. Ella toma como base el impacto marginal que las inyecciones de los generadores y consumidores tienen sobre el flujo de energía en las instalaciones de transmisión

2. Factores de Participación Promedio: comúnmente utilizada para asignar costos en problemas que involucran infraestructura de transporte. Traza el camino de las inyecciones de generadores y consumidores a través de la red

3. Aumann-Shapley: basada en el concepto de teoría de juegos, asegura una asignación justa de costos, modelando acceso a la red de transmisión como una coalición en la que cada agente puede optimizar los costos con el transporte de energía

Algunas aplicaciones recientes

  • Diseño de alternativas para el desarrollo futuro del Sistema Nacional de Transmisión de Chile (horizonte 2019-2040). Se utilizó el NetPlan para optimizar la expansión de la red de transmisión, considerando la inserción de nuevos recursos energéticos (eólicos y solares) y baterías
  • Se utilizó el NetPlan para optimizar la expansión de la red del sistema brasileño para el horizonte 2035, teniendo en cuenta una gran entrada de nuevas fuentes de energía renovable (eólica y solar)
  • Análisis y propuestas regulatorias de los Servicios Auxiliares para el sistema colombiano, considerando la inserción de nuevos recursos renovables de energía y nuevas tecnologías en alta y baja tensión. Se utilizó el NetPlan para estudiar la expansión del sistema de transmisión colombiano para el horizonte 2019-2040
  • Integración renovable de América del Sur. Se utilizó el NetPlan para optimizar la expansión de la transmisión (2017-2035) en nueve países de América del Sur, participantes de la comunidad andina (Chile, Colombia, Ecuador y Perú), Cono Sur (Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay) y Bolivia
  • Planificación de la expansión de la red de transmisión de WECC para un horizonte de 15 años, escenarios de despacho anual de punta y 960 proyectos candidatos
  • • Análisis y propuestas regulatorias de los mecanismos de asignación de costos de transmisión en Brasil. Tariff se utilizó para simular el cálculo de la tarifa de transmisión utilizando una metodología diferente con el fin de evaluar los impactos sobre las tarifas de los generadores representados por la Asociación Brasileña de Energía Eólica (ABEEólica).