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Análisis Robusto de Sistemas en Potencia (GAPS)
Jesús David Gómez Pé[email protected]
Carlos Eduardo Borda [email protected]
XM SA ESP
Contenido
• Descripción del problema
• Metodología propuesta. GAPS
• Ejemplos
• Conclusiones
Descripción del problema
Fuente: UPME
Crecimiento de la demanda de energía eléctrica Limitaciones al desarrollo de nueva infraestructura de transporte
Escenarios de generación seguros Incertidumbre producción
Descripción del problema
Número muy grande de escenarios de generación
Selección de escenarios de acuerdo a algún criterio experto
Riesgo de no haber considerado un escenario que puede ser crítico para la operación
Riesgo de no identificar contingencias críticas
Consumo alto de recursos para un análisis robusto
Dificultad para calificar la operación del sistema
Metodología propuesta
Se propone una metodología para el análisis robusto de seguridad en sistemas de potencia. La metodología seenfoca en limitaciones a la operación por congestiones en los elementos de transporte del sistema, mediante eluso de conceptos de geometría computacional.
Análisis por escenariosAnálisis del espacio n-dimensional
de generación
Análisis del espacio n-dimensional
Producción Gen 1 [MW]
Pro
du
cció
n G
en
2 [
MW
]
Mediante el uso de los factores de sensibilidad delflujo de carga lineal DC se construyen hiper-planosde acuerdo a los criterios de confiabilidad (H=f(X)).Ejemplo: 2*Nm*(Nc+1) hiper-planos.
Análisis del espacio n-dimensional
Producción Gen 1 [MW]
Pro
du
cció
n G
en
2 [
MW
]
Identificación de la región segura de operación
Calificación del estado operativo de la red mediantela cuantificación de la región segura de operación.Flexibilidad operativa.
72%
Calificación de la restricciones por criticidad
Análisis de sensibilidad de las restricciones a losrecursos de generación
Mediante el uso de los factores de sensibilidad delflujo de carga lineal DC se construyen hiper-planosde acuerdo a los criterios de confiabilidad (H=f(X)).Ejemplo: 2*Nm*(Nc+1) hiper-planos.
Análisis del espacio n-dimensional
Producción Gen 1 [MW]
Pro
du
cció
n G
en
2 [
MW
]
Identificación de la región segura de operación
Calificación del estado operativo de la red mediantela cuantificación de la región segura de operación.Flexibilidad operativa.
Calificación de la restricciones por criticidad
Análisis de sensibilidad de las restricciones a losrecursos de generación
Análisis de niveles de la región segura de operación
𝐴𝑿 ≤ 𝑏
Mediante el uso de los factores de sensibilidad delflujo de carga lineal DC se construyen hiper-planosde acuerdo a los criterios de confiabilidad (H=f(X)).Ejemplo: 2*Nm*(Nc+1) hiper-planos.
´
Estudios de Expansión
Análisis de Mantenimientos
Estudios de Conexión
Análisis de riesgos de la red
Solución Confiable
Análisis total
Robusto
Tiempo Limitado
Escenarios infinitos
Conocimiento
especializado
Calificación del estado operativo de la red
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
47
63
69
8488 90
9498 99 99,1 100 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Nor
te d
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GCM
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a
Cerr
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oso
Flex
ibili
dad
Ope
rativ
a
Flexibilidad Operativa del SIN en red completa
Permite hacerseguimiento delestado de la red
´
Análisis de impacto de proyectos de expansión
Permite calificar losbeneficios técnicos de laentrada en operación dediferentes proyectos deexpansión
ActualMáx 2018. Sin
proyectos
Máx 2018.Proyecto
Esmeralda - Enea -SFelipe 230 kV
Máx 2018.Proyecto
Esmeralda-Hermosa 230 kV
Máx 2018.Proyecto Trf 2 Enea
230/115 kV
Máx 2018.Proyecto Armenia
230/115 kV
Máx 2018. Loscuatro proyectos
en servicio
Total 70 68 70 74 85 92 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Fle
xib
ilid
ad O
pe
rati
va (%
)
Impacto de los proyectos de expansión en CQR a partir de la Flexibilidad Operativa
Análisis de impacto de proyectos de expansión
4.1
58.6
95.9
1.2
10.8
72.3
98.8
0.3
22.9
84.5
99.7
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Imp
ort
ació
n r
ed
50
0 k
V [
MW
]
Mínimo de Unidades Requerido. Caribe 2 [Un]
SENSIBILIDADES ÁREA CARIBE (STN) AÑO 2018 -2020
Flexibilidad Operativa Red
20202019
Caso Base Inicial: 2018 Sin proyec
Cop-Cue5
UPME 03
UPME 05
UPME 03
UPME 05
Cop-Cue5 + Bol -Sab 5
UPME 03
UPME 05
0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 1% 2% 7% 14% 27% 47% 73%Riesgo
según IH
Permite calificar losbeneficios técnicos de laentrada en operación dediferentes proyectos deexpansión
Criticidad de restricciones
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Amaga - Bolombolo 2110-vs-Amaga - Ancon
2 110 Min
Barbosa - Girardota 1110 Max
Barbosa - Guatape 1220 Min
Guayabal - Ancon 1220-vs-Ancon Sur -
Envigado 1 110 Max
Guayabal - Ancon 1220-vs-Envigado -
Guayabal 1 110 Max
La Sierra - San Carlos 1230-vs-Cocorna - La
Sierra 1 110 Min
Cri
tici
dad
No
rmal
izad
a
Restricción
Evolución Criticidad de las Restricciones
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
Permite hacer seguimiento a las restricciones más criticas del sistemapara la gestión de restricciones actuales y nuevas.
Análisis de red degradada e impacto de proyectos de expansión
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Flex
ibili
dad
Ope
rativ
a (%
)
Perfil de flexibilidad operativa de indisponibilidades con los proyectos Esmeralda – Enea – San Felipe 230 kV, Esmeralda – Hermosa 2 230 kV, Armenia
230/115 kV y segundo transformador Enea 230/115 kV en servicio
Sin Proyectos Los cuatro proyectos en servicio
Permite identificar lasindisponibilidadescríticas de la red parauna gestión adecuadade mantenimientos
Sensibilidad en el control de las restricciones de los recursos de generación
RestricciónEfectividad subir
Chivor
Efectividad subir
Darío V.
Efectividad subir
Guaca
Efectividad subir
Guavio
Efectividad subir
Paraíso
Efectividad subir
Zipa
Chivor - Guavio 2 230 kV / Chivor - Guavio 1 230 kV -1.00 0.12 0.11 0.51 0.12 0.07
Primavera - Bacatá 500 kV 0.71 0.80 0.75 0.76 0.78 1.00
Bacatá - Suba 115 kV / Bacatá - Sa l i tre 115 kV 0.53 0.94 0.31 0.58 0.30 -1.00
Guaca - Para iso 2 230 kV / Guaca - Para iso 1 230 kV -0.27 -0.04 0.44 -0.31 -1.00 -0.18
Guaca - Mesa 2 230 kV / Guaca - Mesa 1 230 kV -0.27 -0.33 -1.00 -0.31 -0.90 -0.20
Guaca - Mesa 1 230 kV / Guaca - Mesa 2 230 kV -0.27 -0.33 -1.00 -0.31 -0.90 -0.20
Circo - Concordia 3 115 kV / Circo - Concordia 1 115 kV -0.66 -0.51 -0.41 -1.00 -0.56 0.69
Bacatá - Sa l i tre 115 kV / Bacatá - Suba 115 kV 0.57 0.75 0.28 0.59 0.27 -1.00
Hace más crítica la restricción Mitiga la restricción
xxx -1.00 1.00
Impacto de incrementar generaciónRestricción
Proporciona señales a los agentesgeneradores del uso de sus recursosen para el control de congestiones
Análisis de beneficios técnicos de incorporación de baterías en el sistema de potencia
Producción Gen 1 [MW]
Pro
du
cció
n G
en 2
[M
W]
Función objetivo
* El incremento del tamaño en la región segura de operación depende del tamaño y ubicación del BESS y de las restricciones de red del área
Análisis de beneficios técnicos de incorporación de baterías en el sistema de potencia
Producción Gen 1 [MW]
Función objetivo
Pro
du
cció
n G
en 2
[M
W]
* El incremento del tamaño en la región segura de operación depende del tamaño y ubicación del BESS y de las restricciones de red del área
Análisis de beneficios técnicos de incorporación de baterías en el sistema de potencia
Producción Gen 1 [MW]
Pro
du
cció
n G
en 2
[M
W]
∆𝐺1
∆𝐺2* El incremento del tamaño en la región segura de operación depende del tamaño y ubicación del BESS y de las restricciones de red del área
El análisis de la flexibilidad operativaante la incorporación de elementos dealmacenamiento de energía permiteestudiar la ubicación y dimensiónóptima de los mismos. Adicionalmente,el modelo matemático de la regiónsegura (𝐴𝑿 ≤ 𝑏) se puede usar paradeterminar los beneficios económicos.
𝐴𝑿 ≤ 𝑏
Análisis de la capacidad de la red para incorporar nueva demanda/generación
El análisis de la flexibilidad operativa ante la incorporación denuevas cargas en el sistema o de nuevas unidades degeneración permite identificar el efecto en las congestiones dela red de la entrada de los mismos (flexibilidad mínima de lared).
Incorporación de las nuevas inyecciones de potencia(generador o demanda) en el modelo matemático de la regiónsegura (𝐴(𝑿 + 𝒙) ≤ 𝑏). Se puede usar para determinar lasinyecciones máximas seguras. max𝑥 𝑠. 𝑎. 𝐴(𝑿 + 𝒙) ≤ 𝑏
Aplicaciones de análisis de seguridad
Conclusiones
El análisis geométrico de sistemas de potencia permite analizarde forma eficiente y robusta el espacio n-dimensional degeneración.
La introducción del indicador de flexibilidad operativa permite daruna calificación objetiva al estado operativo de la red, y hacerseguimientos ante el incremento natural de la demanda eindisponibilidades de la red.
La calificación de las restricciones de acuerdo a su criticidad dafoco a las acciones para la mitigación o eliminación de lasmismas.
Conclusiones
El análisis geométrico permite cuantificar técnicamente elimpacto de nuevos elementos en la red como proyectos deexpansión, nueva demanda en el sistema, nuevas fuentes degeneración, equipos de almacenamiento de energía, y otros quepuedan ser modelados y que afectan el transito de flujos depotencia activa en el sistema.
Proporciona señales a los agentes generadores del uso de susrecursos en para el control de congestiones.
Confiabilidad, agilidad y robustez en los estudios de seguridad del sistema de potencia, al aplicar técnicas
de análisis geométrico que permiten realizar los análisis completos en el orden de minutos, sin requerir un
conocimiento detallado del sistema analizado.
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En XM no solo soñamos con un mundo mejor, lo estamos construyendo
