Diseño de algoritmos para la optimización de la gestión de la energía en microrredes eléctricas

Resumen

Existen diferentes factores que han impulsado cambios profundos en los modelos energéticos adoptados por los distintos países. El aumento en el consumo de energía, una mayor conciencia ambiental, la liberación de los mercados eléctricos y los avances tecnológicos han hecho que el paradigma energético mundial esté en constante evolución. Es en este contexto que se desarrolla el concepto de microrred eléctrica. Una microrred puede definirse como un conjunto de cargas y generadores distribuidos dentro de límites eléctricos claramente definidos los cuales actúan como una entidad controlable e independiente. A su vez dicho conjunto de cargas y generadores pueden operar conectados a la red principal o desconectados de la misma (modo isla). Este nuevo tipo de red eléctrica trae consigo una serie de beneficios técnicos, económicos y ambientales. Sin embargo resta aún mucho camino por transitar para que las microrredes sean adoptadas de forma definitiva como un pilar del nuevo paradigma energético mundial. Uno de los principales desafíos en la optimización de las redes eléctricas es el de la gestión de la energía. En los sistemas de generación centralizados para gestionar la energía se debe resolver el problema de asignación de unidades y el del despacho económico. La gestión de la energía en las redes eléctricas es un problema sumamente complejo que involucra variables continuas y discretas en un espacio de búsqueda muy grande, no-convexo y delimitado por restricciones de distinto tipo. Las microrredes eléctricas presentan ciertas particularidades que hacen que los métodos de gestión de energía empleados habitualmente en los sistemas centralizados no puedan siempre aplicarse directamente. Algunas de estas características son la fuerte penetración de las energías renovables, la capacidad de almacenar una gran parte de la energía generada o la posibilidad de intercambiar energía con la red principal. La presente tesis se centra en la mejora de la gestión de la energía en las microrredes. Para alcanzar dicho objetivo se han abordado tres líneas de investigación diferentes. En primer lugar se han desarrollado distintos sistemas de gestión de energía para microrredes. Dichos sistemas se basan en algoritmos híbridos que emplean lógica difusa y algoritmos genéticos. Por un lado la lógica difusa permite, entre otras cosas, lidiar con la incertidumbre asociada a las distintas variables involucradas en el problema de la gestión de la energía. Por otro lado los algoritmos genéticos son usados para la búsqueda de soluciones en amplios espacios de búsqueda. En segundo lugar se ha desarrollado una metodología de dimensionamiento de baterías para microrredes. Dicha metodología permite determinar dado una microrred en particular cual es la capacidad y la potencia optima de la batería. Por último, se desarrolló un sistema de pronósticos basado en redes neuronales para la predicción de la demanda eléctrica y los perfiles de generación de las fuentes renovables (paneles solares, molinos de viento). La presente tesis está enmarcada en el proyecto I-Sare. En dicho proyecto se ha desarrollado una microrred con el objetivo de que esta pueda ser usada tanto por universidades como por empresas como plataforma experimental.