Determinación de precios de contrato, ubicación y tamaño de generación distribuida usando programación binivel

Guía para presentar propuestas de Maestría o de Doctorado

1. TÍTULO: Determinación de precios de contrato, ubicación y tamaño de generación distribuida usando programación binivel

1. PROGRAMA (área de la maestría o del doctorado):

Maestría en Ingeniería

1. NOMBRE DEL ESTUDIANTE Y DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN RESPONSABLE (y su correo electrónico):

Estudiante: Luisa Fernanda Buitrago   

e-mail: luisa_fernanda1806@hotmail.com

Grupo de Investigación: GIMEL

1. NOMBRE DEL DIRECTOR  (Incluya el correo electrónico):

Director: Fernando Villada Duque 

e-mail:  fvillada@udea.edu.co

1. NOMBRE DEL ASESOR  (Si lo tiene, externo al grupo de investigación, incluya el correo electrónico):

1. RESUMEN DEL PROYECTO

En la última década el sector eléctrico ha mostrado un renovado interés por la generación distribuida Esta nueva tendencia ha sido motivada principalmente, por avances en tecnologías de generación, las cuales han permitido que la producción de electricidad  a pequeña escala sea viable y factible. En este contexto, la determinación de la ubicación y tamaño óptimo de la generación distribuida, en aras de sacar su mayor provecho, ha cobrado gran interés no solo para los agentes distribuidores sino también para los propietarios de esta.

En esta investigación se propone un modelo y una metodología de solución que permita determinar, la ubicación, dimensionamiento y precio de contrato óptimo de la generación distribuida. El modelo considera la interacción de dos agentes: la compañía de distribución y el propietario de la generación distribuida. El primero busca minimizar los pagos incurridos en atender su demanda pronosticada, mientras el último busca maximizar sus lucros. La metodología propuesta abarca, en un solo problema de optimización, la maximización de lucros buscada por el propietario de la generación distribuida y la minimización de pagos que pretende la compañía de distribución. De esta manera se encuentra un punto de equilibrio en el que ambos agentes se benefician. Para resolver el modelo propuesto se pretende utilizar un algoritmo genético especializado.

Palabras clave:

Generación distribuida, programación binivel, sistemas de distribución.

6.  ABSTRACT

In the last decade, the electric power industry has shown a renewed interest for distributed generation (DG). This new trend has been mainly motivated by advances in generation technologies that have made smaller generating units viable and feasible. In this context, the optimal location and sizing of DG, in order to harvest its benefits, has become an issue of great interest, not only for distribution companies but also for DG owners.

In this research, the author intends to propose a model and a solution methodology for the optimal sizing, location and contract pricing of DG. The propose model considers the interaction of two agents:

The distribution company and the owner of the DG. The former seeks the minimization of the payments incurred in attending the forecasted demand, while the latter seeks the maximization of his profit. The proposed methodology encompasses, in a single optimization problem, the maximization of profits procured by the owner of the distribution generation and the minimization of payments pursued by the distribution company. Then, an equilibrium point in which both agents benefit is found. To solve the proposed model the author pretends to use a specialized genetic algorithm.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Las compañías de distribución de energía eléctrica deben atender la demanda de sus usuarios con estándares de seguridad y confiabilidad estipulados por el organismo regulador. Para atender la demanda de sus usuarios, la compañía de distribución puede comprar energía al mercado mayorista, a través de contratos bilaterales o directamente de la bolsa de energía. Sin embargo, en un sistema con alta presencia de generación distribuida, las compañías de distribución podrían utilizar esta generación para suplir parte de su demanda. En este contexto, el objetivo de la compañía de distribución es minimizar los pagos efectuados por la compra de energía; sin embargo, está sujeta a cumplir con las restricciones físicas que le impone la red de distribución. El problema que debe resolver la compañía de distribución se ilustra a continuación:      

Minimizar: Pagos al mercado de energía + Pagos a la generación distribuida

Sujeto a:

               Restricciones de red

Por otro lado, si el propietario de la generación distribuida decide vender energía a la compañía de distribución, el objetivo de este sería sin duda  maximizar los lucros por la venta de dicha energía. El problema que debe resolver el propietario de la generación distribuida se ilustra a continuación:

Maximizar: Lucros obtenidos por la venta de energía

Sujeto a:

             Límites de generación  

Ambos problemas de optimización están relacionados y son interdependientes, ya que la compañía de distribución solo comprará energía de la generación distribuida si su precio de oferta es competitivo. Si el precio de oferta de la generación distribuida es muy alto, la compañía de distribución no comprará energía y por lo tanto los lucros del propietario de la generación distribuida serán nulos. Por otro lado, si el precio de oferta de la generación distribuida es muy bajo, la compañía de distribución comprará toda la energía posible (hasta alcanzar el límite de generación); sin embargo, esto no garantiza que el propietario obtenga lucros máximos.    

Por otro lado, la ubicación de la generación distribuida juega un papel importante, ya que dependiendo de donde esté ubicada puede tener impactos positivos o negativos en la red. En este contexto, si una unidad de generación distribuida ofrece energía a bajos precios, pero está inapropiadamente ubicada en la red, la compañía de distribución no tendrá incentivos para comprar esta energía. De tal modo que no solo el precio de oferta es determinante en la determinación de los lucros del propietario de la generación distribuida, sino también la ubicación de esta. Finalmente, el tamaño de la generación distribuida también juega un papel importante en la determinación de los lucros del propietario.  

Los problemas de optimización de ambos agentes se pueden combinar en un solo problema bajo una estructura de programación binivel. En el nivel superior se posiciona el propietario de la generación distribuida quien determina precio de contrato, ubicación y dimensionamiento de sus unidades. Por otro lado, la compañía de distribución reacciona a estas señales y determina cuanta energía comprar de la generación distribuida y cuanta del mercado mayorista. Para cada acción del propietario de la generación distribuida habrá una reacción de la compañía de distribución. En el siguiente diagrama se ilustra el problema propuesto:

[pic 1]

Figura 1. Diagrama del problema binivel propuesto

1. MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE: 

Tradicionalmente los sistemas de energía eléctrica han sido diseñados para la distribución de la electricidad desde la generación, aguas arriba del sistema de transmisión hasta el cliente final, estableciéndose por lo tanto un flujo de energía mono-direccional, desde las subestaciones hasta los consumidores. Sin embargo cuando se incrementa la cantidad de generación distribuida en las redes de distribución la energía puede ser transferida de manera inversa, desde las unidades distribuidas a la transmisión y distribución. Este incremento de usuarios de la GD en tanto los sistemas de transmisión como en los de distribución traen consigo muchos problemas para la planificación, la operación y la protección de dichos sistemas de energía eléctrica, etc. algunos impactos de la generación distribuida en los sistemas de energía eléctrica se muestran a continuación.

Impacto de la GD en las pérdidas:

Las pérdidas de la red dependen en una mayor parte del flujo de potencia, la GD puede aumentar o reducir las pérdidas dependiendo de la ubicación de la conexión, el funcionamiento y la interacción entre la demanda y la generación, la capacidad de la unidad de GD [1,2], entre otros.

Cuando la generación de energía puede ser absorbida por la demanda se reduce la potencia consumida de la red y se reducen las pérdidas eléctricas, por otra parte si la demanda es mayor a la generación causa mayores pérdidas en la red debido a que el flujo de la red aumenta; además si la GD está ubicada en una zona muy alejada, la conexión a la red puede requerir líneas muy largas en las cuales se pierde algo de energía, a medida que se reduce la distancia entre la unidad de GD y la carga, las pérdidas serán menores siempre y cuando la clasificación de la generación distribuida este bien adaptada a la cantidad de carga [3].

...