Sistemas de elevación de presión como cargas flexibles en respuesta de la demanda

Con el concepto de red inteligente (Smart Grid), surge el concepto de Respuesta de la Demanda la cual aprovecha la flexibilidad de las cargas, para modificar su consumo de energía por medio del cambio en los parámetros de operación de la carga. En la presente investigación, se construye un modelo dinámico del Sistema de Elevación de presión de Agua a partir de datos experimentales de variables como: el caudal entregado por el sistema, la presión en el tanque y la potencia consumida,para con ellos determinar que el sistema puede funcionar como carga flexible variando los rangos de presión de operación del tanque. Se diseña una arquitectura de control que permite prestar servicios de reserva en giro (Spinning Reserve) usando un conjunto de varios sistemas.With the smart grid concept, emerges the Demand Response concept, it takes advantage of the flexibility of the loads to change their energy consumption by changing the operation parameters of the load. In this research, a dynamic model of the water booster pressure system is developed from experimental data such as the flow delivered by the system, the pressure in the tank and the power consumption. These to determine that the system can operate as a flexible load by varying the operating pressure range in the tank. A control architecture is designed to allow the delivery of spinning reserve using a set of various systems.Magíster en Ingeniería ElectrónicaMaestrí

Programación Óptima de Cargas Eléctricas Flexibles a Nivel Residencial en Tiempos de Covid-19

A mathematical model for flexible electrical loads and energy storage system scheduling is presented in this paper, leveraged by the hourly rates according to Resolution CREG 015/2018 and analyzed at the residential sector in the context of new demand curves resulting from measures against the COVID-19 pandemic. Three mathematical optimization models are proposed, aiming to find the lowest billing cost for the end-user through flexible load characteristics and seeking optimization through mixed-integer linear programming models. For the calculation of hourly rates, the mathematical formulation described in resolution CREG 015 is implemented and hourly rates are obtained in three different levels following a logic similar to the demand response schemes called Time of Use.   The results obtained show that a demand response program with hourly rates effectively introduces an economic incentive during the evaluated period, through the possibility of modifying consumption patterns that reduce the payment of the electricity bill. The proposed model of energy demand through scheduling selected flexible loads model and the opportunity to use the energy stored in electric vehicles generates economic benefits for the user by minimizing the cost of energy during the teleworking period in COVID-19 pandemic.En este trabajo se presenta un modelo matemático de programación de cargas eléctricas flexibles y sistemas de almacenamiento de energía, apalancado por la estructuración de cargos horarios de la Resolución CREG 015 del 2018 y analizado en el sector residencial en el contexto de nuevas curvas de demanda resultantes de las medidas en contra de la pandemia del COVID-19. Se plantean tres modelos de optimización matemática en los cuales se busca el menor costo de facturación para el usuario final a través de las características flexibles de la carga. Se implementa para el cálculo de cargos horarios la formulación matemática descrita en la resolución CREG 015 y se obtienen tarifas horarias en tres niveles diferentes siguiendo una lógica similar a los esquemas de respuesta de la demanda denominados Time of Use.   Los resultados obtenidos permiten evidenciar que un programa de respuesta de la demanda por cargos horarios efectivamente introduce un incentivo económico durante el periodo evaluado, a través de la posibilidad de la modificación de patrones de consumo que redundan en disminución del pago de factura de electricidad. El modelo propuesto de demanda de energía por medio de programación de cargas flexibles seleccionadas y la oportunidad de uso de la energía almacenada por los vehículos eléctricos, genera beneficios económicos para el usuario minimizando el costo de energía consumida diaria durante el periodo de teletrabajo en tiempos de COVID-19

A framework for flexible loads aggregation

Las redes eléctricas inteligentes están integrando fuentes de generación renovable, lo cual puede producir desbalances en la red eléctrica debido a variaciones en la radiación solar. Se proponen programas de Respuesta de la Demanda (RD) para reducir los desbalances. La gestión de cargas flexibles mediante agregadores se propone para proveer servicios complementarios en RD. En esta tesis, se propone un marco para agregadores desarrollando modelos de cargas flexibles y estructuras de control directo de carga capaces de proveer servicios complementarios. El marco considera una metodología para que las cargas presenten servicios y se evalúa en Sistemas de Elevación de Presión de Agua (SEPA), unidades de Refrigeración TermoEléctrica (RTE), y cargadores de Vehículos Eléctricos (VE). Primero, se estima un modelo dinámico del SEPA y se sintoniza con datos experimentales. Se propone un agregador de SEPA para ofrecer servicios de reserva rodante. Segundo, se estima un modelo dinámico de la RTE y se caracteriza con datos experimentales. Se propone un agregador de RTE capaz de ofrecer reserva de contención de frecuencia. Tercero, se desarrolla un modelo dinámico de un cargador de VE, y se propone un agregador de cargadores de VE que busca minimizar el costo mientras maximiza la flexibilidad. El agregador puede ofrecer servicios de reserva rodante, y participar en mercados del día siguiente y de tiempo real. Se formula una definición de flexibilidad para cargadores de VE. Los resultados muestran la validación de los agregadores por medio de simulaciones, cumpliendo los tiempos y capacidades solicitadas por el operador del sistema.Smart Grids are integrating renewable generation in their electrical supplies. Consequently, fluctuations due to solar radiation can produce energy unbalances in the grid. Demand Response (DR) programs are proposed to reduce energy unbalances. Flexible loads management carried out by an aggregator is proposed to provide ancillary services in DR. In this dissertation, an aggregator framework is proposed, developing flexible loads models and direct load control structures able to operate in DR plans and provide ancillary services. The aggregator framework is presented considering a methodology for loads to provide ancillary services and is assessed on Water Booster Pressure Systems (WBPS), ThermoElectric Refrigeration (TER) units, and Electric Vehicle (EV) chargers. First, a WBPS dynamic model is estimated and tuned with real provide frequency containment reserve is proposed. Third, an EV charger dynamic model is developed, and an EV charger aggregator that looks for minimizing costs while maximizing flexibility is proposed. The EV aggregator can offer spinning reserve services and participate in Day-Ahead and Real-Time markets. A specific flexibility definition for EV chargers is formulated. As results, the aggregators are validated by simulations fulfilling the ancillary service's response time and the power capacity variations requested by the system operator. Finally, a hierarchical architecture able to manage the previous aggregators is proposed to provide different balancing services in a frequency restoration process.Doctor en IngenieríaDoctorad

“Gestión multiobjetivo de una plata virtual de energía para la participación de un mercado minorista, con restricción en las emisiones de Co2”

En esta investigación se propone una heurística con un enfoque de programación estocástica, considerando dos objetivos fundamentales, el primero es maximizar el beneficio esperado de la VPP, mientras que el segundo se refiere a la reducción de emisiones de CO2. Para lo cual, se considera una VPP que integra una planta de energía convencional, dos demandas flexibles, una unidad de almacenamiento y generación fotovoltaica. Además, la VPP participa en los mercados pool, incluidos los mercados de energía diaria (DA) y los mercados de energía en tiempo real (RT). En primera instancia se determina las decisiones de programación del mercado de energía de DA y luego el VPP programa sus decisiones de despacho en el mercado RT para cada período de tiempo. Por último, se despacha las unidades considerando las propiedades técnico-económicas y la programación previa. Los resultados demuestran que la heurística permite establecer estrategias para el despacho de energía de la VPP en los mercados DA y RT, al mismo tiempo que se reducen las emisiones CO2, pues en algunos escenarios es posible abastecer la demanda sin despachar la generación convencional.In this research, a heuristic with a stochastic programming approach is proposed, considering two fundamental objectives, the first is to maximize the expected benefit of PPV, while the second refers to the reduction of CO2 emissions. For which, a VPP is considered that integrates a conventional power plant, two flexible demands, a storage unit and photovoltaic generation. In addition, VPP participates in pool markets, including DA daily energy markets and real-time (RT) energy markets. In the first instance, the DA's energy market scheduling decisions are determined and then the VPP schedules its dispatch decisions in the RT market for each period. Finally, the units are dispatched considering the technical economic properties and the previous programming. The results show that the heuristic allows establishing strategies for the dispatch of energy from the VPP in the DA and RT markets, while CO2 emissions are reduced, since in some scenarios it is possible to supply the demand without dispatching the conventional generation

Design of a blockchain-based platform for peer-topeer energy trading

Este trabajo busca introducir las bases y posibles usos de la tecnología blockchain, y su implementación a través de un algoritmo de gestión de energía distribuido junto a una interfaz gráfica que aproveche al máximo las ventajas de esta tecnología. El algoritmo actúa como un programa de energía con un día de anticipación en el que cada nodo participante en la red puede realizar intercambios de energía seguros con el resto de agentes de la microrred. Blockchain hace el papel de un agregador global que verifica los intercambios de energía y evalúa la convergencia del algoritmo a través de iteraciones. El esquema propuesto se ha implementado en Ethereum y los beneficios derivados de este son comparados a través de la simulación de diferentes escenarios. La interfaz gráfica de usuario se construye usando React y, junto con web3, permite a sus usuarios interactuar con blockchain a través de Internet. (...)This work aims to provide some insight about the blockchain technology and to propose a distributed energy management algorithm that takes full advantage of the blockchain technology through a graphic user interface. This platform serves as a one day-ahead energy schedule where each networked entity is allowed to make peer to peer (P2P) safe power trades with the rest of the microgrid agents. Blockchain serves as a global aggregator that verifies power trades and evaluate convergence across iterative steps. The proposed scheme has been implemented within Ethereum blockchain and its benefits are compared simulating different scenarios. The graphic user interface is built using React and, in conjunction with web3, allows its users to interact with blockchain through the internet.Universidad de Sevilla. Máster en Ingeniería Industria

Presentación del proyecto QualyGridS: Test estandarizados para la cualificación de electrolizadores desarrollando servicios de red

Starting in January 2017, the QualyGridS (Standardized qualifying tests of electrolysers for grid services) project has as final goal the establishment of standardized testing protocols for alkaline (AE) and Proton Exchange Membrane (PEM) electrolysers running grid services. It is a three years project that receives funding from the European Commission and which starting point is the analysis of the transmission and distribution systems of different regions of Europe presented in this document. While the project goes forward, the most relevant business cases in Europe based on the use of electrolyser will be technically and economically analyzed and the developed test protocols will be experimentally tested on state of the art alkaline and PEM electrolysers up to 300 kW

A Resposta da demanda no setor residencial: estudo de caso no sul do Brasil

Trabalho apresentado em CIDEL 2018, setembro 2018, Buenos Aires, ArgentinaN/

Análisis de inserción de generación alternativa para una micro-red tipo edificio residencial en la ciudad de Quito

En el presente artículo se diseñó un sistema eléctrico híbrido entre generación renovable y convencional con conexión a la red eléctrica pública, para un edificio del tipo residencial en la ciudad de Quito, el mismo que cumple ser factible técnicamente y optimo económicamente. El sistema fue modelado con la ayuda del software de optimización híbrido para energías renovables eléctricas Homer Pro, el sistema de Micro-Redes es amigable con el medio ambiente y beneficioso para el desarrollo sostenible ahorrando el 39.69% de costos de operación anual y reduce las emisiones de CO2 en un 18,08% mensual. Se concideró para el diseño la utilización de un generador eléctrico a gas con CHP que permita suministrar al edificio agua caliente de uso sanitario, adicional se aprovechó el amplio espacio en la terraza para la utilizaciòn de paneles fotovoltaicos. Los resultados indican que el sistema es óptimo y adaptable para edificios residenciales utilizando el máximo los recursos naturales disponibles

Parallel decomposition and coordination to solve an operation planning model for the electricity generation and transmission systems with high penetrations of intermittent sources, energy storage, and smart grid technologies

gráficos, tablas.Este trabajo presenta una metodología de solución de un modelo estocástico usado en la planeación de la operación de sistemas eléctricos de potencia con alta penetración de fuentes de energía renovable, respuesta de la demanda y sistemas de almacenamiento energético, que además incluye de manera explícita el modelo AC de la red de transmisión. El impacto que tiene el modelo AC sobre la apropiada asignación y valoración de los recursos del sistema de potencia, en el contexto de mercados multi-dimensionales, se evidencia a través de un estudio comparativo simulando un caso de prueba de tamaño real. Resolver de forma directa un problema de las dimensiones que puede alcanzar la formulación propuesta requiere mucho tiempo, grandes esfuerzos de cálculo y recursos informáticos. Por tal motivo, se exploraron dos estrategias para explotar la estructura matemática del problema y abordar su solución usando técnicas de descomposición: La descomposición por Relajación Lagrangiana con lagrangiano Aumentado (RLA) y la Descomposición Generalizada de Benders (DGB). Entre estas, se implementó efectivamente DGB en su versión multicorte con una modificación en la formulación de los subproblemas mediante variables penalizadas. El algoritmo fue acelerado con una técnica de estabilización inspirada en los métodos de haz con región de confianza y el cómputo en paralelo de los subproblemas. Otras medidas de aceleración adicionales fueron diseñadas a partir de observaciones en la evolución de algunos parámetros durante los experimentos. El desempeño de la técnica DGB se validó a través de pruebas experimentales en dos casos de diferente tamaño: el sistema IEEE de 30 barras y el sistema de potencia colombiano de 96 barras. Los resultados sugieren que el esquema de solución propuesto es apropiado para tratar de forma eficiente un problema de optimización de tamaño real como el sistema de potencia colombiano. Una asignación de cantidades de potencia y reservas bastante aproximada fue reflejada en una desviación cercana al 0,005 % en el costo óptimo comparado con la solución de referencia; además del buen desempeño computacional dado por la reducción del 88 % del tiempo de cálculo con respecto a la solución de referencia (sin descomposición), generando un avance en el estado de arte de este campo de estudio.This work presents a solution methodology for a stochastic model used in the operational planning of electric power systems with high penetration of renewable sources, demand response, and energy storage systems, which also explicitly includes the AC model of the network. The AC model impacts the correct allocation and assessment of power system resources in the context of multi-dimensional markets, demonstrated through a comparative study simulating a real-size test case. Solving in a direct way a high dimensional problem that could be reached through the proposed formulation requires a lot of time, great calculation effort, and computer resources. For this reason, two strategies were explored to exploit the mathematical structure of the problem and approach its solution by decomposition techniques: Augmented Lagrangian Relaxation decomposition (ALR) and Generalized Benders Decomposition (GBD). Among these, multi-cut GBD was effectively implemented with a modification in the subproblems formulation through penalized variables. The algorithm was accelerated with a trust-region stabilization technique and the parallel computing of subproblems. Other additional acceleration measures were designed from observations of the evolution of some parameters during the experiments. The performance of the GBD technique was validated through experimental tests in two different-sized test cases: the IEEE 30-bus system and the Colombian 96-bus power system. The results suggest the effectiveness of the proposed solution scheme to efficiently solve a real-size optimization problem like the Colombian power system. A quite approximate power and reserve quantities allocation was reflected in an optimal cost deviation close to 0.005 %, compared with the reference solution; in addition to the good computational performance given by the 88 % reduction in the calculation time relative to the reference solution (without decomposition), generating an advance in the state of the art of this field of study.Ministerio de Ciencias (Colciencias) bajo el programa de Becas de Doctorados Nacionales convocatoria 727 de 2015.DoctoradoDoctor en Ingeniería - Ingeniería AutomáticaAnálisis de sistemas de potencia eléctricaEléctrica, Electrónica, Automatización Y Telecomunicacione