Óptima gestión y regulación de voltaje en microredes de distribución con generación distribuida y almacenamiento de energía

Abstract

En el presente documento se formula un modelo de optimización para gestionar y regular el voltaje en micro redes de distribución con Generación Distribuida (GD) y Almacenamiento de Energía (AE). El modelo se plantea de manera general, para una micro red de “N” barras, donde en la barra 1 (Slack) se conecta un generador equivalente aguas arriba hacia la red de distribución; en todas las demás barras se puede conectar GD y AE. El periodo de simulación/optimización del modelo y la frecuencia de muestreo puede ser variado, sin embargo, se recomienda 24 horas para la simulación con una frecuencia de muestreo cada hora. La micro red se modela matemáticamente mediante la matriz de admitancias; la generación distribuida puede ser de cualquier tipo, preferentemente solar y eólica; el almacenamiento de energía se establece mediante bancos de baterías. La regulación de voltaje se realiza con el despacho de la energía almacenada en las baterías en las horas cuando el voltaje de alguna barra es inferior al límite. La gestión se realiza al optimizar la carga de las baterías, minimizando el costo de la energía necesaria para el proceso de carga; como restricción se tiene el límite de voltaje en las barras durante dicho proceso. Una vez definido y formulado la función objetivo y las restricciones, se presenta una metodología de solución basada en la programación dinámica, la cual puede ser desarrollada en cualquier software de programación enfocado al análisis matemático. El algoritmo se experimenta en un caso de estudio de una red tipo radial, donde se incluye: GD del tipo solar y eólico; bancos de baterías; y cargas del tipo residencial, comercial e industrial. La simulación se realiza en tres escenarios para comparar los resultados; i) sin GD y sin AE, ii) con GD y sin AE y; iii) con GD y AE. Como resultado se obtiene un voltaje regulado y superior al límite inferior, en todas las barras con bajo voltaje en las horas de carga pico; además, se cargan los bancos de baterías en las horas de menor costo de la energía. En este sentido, el modelo cumple con los objetivos del presente estudio. Finalmente, se exponen las conclusiones y recomendaciones del modelo formulado.