Multi-agent architecture for local electricity trading in power distribution systems

[ES] En la última década, los mercados eléctricos han desarrollado entornos competitivos para sistemas eléctricos completos. El rápido crecimiento de los recursos energéticos distribuidos ha dificultado mantener la credibilidad y estabilidad del sistema. Sin embargo, debido a la volatilidad de los recursos energéticos distribuidos las estrategias convencionales de gestión de la energía son incapaces de resolver estos problemas de forma centralizada. Además, los mercados centralizados de electricidad no son capaces de adaptarse al comportamiento flexible de los consumidores que ocurre en los programas de respuesta de demanda. Por lo tanto, se requieren nuevas estructuras de comercio de electricidad que proporcionen energía a las redes de distribución de forma descentralizada y distribuida. Este trabajo presenta un enfoque ascendente de gestión energética basado en una arquitectura multiagente para el comercio local de la electricidad. La estructura propuesta consiste en una clase de organización basada en sistemas multiagente, en la cual cada agente cumple diferentes tareas. Estos agentes est_an formados por recursos energéticos distribuidos, consumidores eléctricos, prosumidores, vehículos eléctricos (Electricit Vehicles (EV)), agregadores, un operador del sistema de distribución, coordinadores locales y los coordinadores de los EV del sistema. Además, proponemos un enfoque ascendente para el comercio de energía desde los usuarios finales, como agentes prosumidores capaces de proporcionar transacciones energéticas bidireccionales a los agregadores y al gestor de la red de distribución (Distibution System Operator (DSO)). En este contexto, se presenta una arquitectura basada en sistemas multiagente, para el sistema eléctrico de las casas inteligentes (como ejemplo de usuario final). A continuación, se define el sistema de gestión de la energía en el hogar (HEMS por sus siglas en ingles) para modelar el comportamiento flexible de los usuarios finales residenciales y su incertidumbre basándose en diferentes métodos de optimización (por ejemplo, intervalo, estocástico e intervalo-estocástico). Además, presentamos un método basado en escenarios probabilísticos para la gestión de la energía residencial y el comercio de energía con el mercado local de electricidad basado en una estrategia de licitación óptima. De acuerdo con nuestro modelo de oferta óptimo, el HEMS es capaz de realizar transacciones de energía con otros actores en su vecindario como un agente de fijación de precios basado en los enfoques de intercambio de energía entre pares o enfoques basados en la comunidad. Conforme al enfoque ascendente propuesto en nuestro trabajo de doctorado, las decisiones de los agentes en la capa inferior tienen prioridad en comparación con las decisiones de los agentes en las capas superiores. De esta manera, la estrategia propuesta gestiona la energía localmente para lograr una optimización social global. Además, en la red de distribución se pueden comercializar localmente diferentes tipos de productos básicos de electricidad, como la energía y la flexibilidad. A continuación, hemos propuesto varios enfoques (por ejemplo, descentralizado, monopolístico y basado en juegos) para la gestión de la flexibilidad energética entre los agentes de la red de distribución de energía, teniendo en cuenta el comportamiento flexible de los usuarios finales y los agregadores. Por último, se ha estudiado el impacto de los futuros sistemas de transporte en las redes inteligentes. Así, la gestión de la flexibilidad energética de los usuarios finales y las operaciones de recarga de los vehículos eléctricos se modelan en la red de distribución. Se han presentado tres estrategias de gestión de la energía para abordar la flexibilidad energética y el funcionamiento de los vehículos eléctricos entre los actores de la capa inferior del sistema eléctrico. Además, la incertidumbre causada por la movilidad de los vehículos eléctricos se ha modelado mediante una programación estocástica. Aquí, el reto es modelar un problema multinivel basado en la función objetiva de los agentes considerando la incertidumbre de los parámetros estocásticos del sistema. De esta forma, cada agente puede participar en diferentes tipos de transacciones eléctricas según sus funciones objetivas correspondientes. Se evalúa el rendimiento del sistema propuesto de gestión de la energía en el hogar (HEMS) comparándolo con los métodos de optimización de intervalos estocásticos propuestos y de bandas estocásticas predichas medicadas. Evaluamos el impacto del modelo de flexibilidad energética y su exactitud de predicción. Además, evaluamos el programa de respuesta de demanda en términos de las ganancias esperadas, de la energía eléctrica tramitada y de la credibilidad de los resultados. Para ello, proponemos un modelo de oferta óptima para el sistema de gestión de la energía en el hogar. Así, el sistema puede participar en el comercio local de electricidad. El rendimiento del modelo de oferta _optima propuesto se evalúa en dos casos diferentes. El Caso 1 evalúa el impacto de los coeficientes de optimismo y flexibilidad en el HEMS, considerando la estrategia de licitación óptima. En el caso 2, sin embargo, el rendimiento de los dos métodos de optimización diferentes -llamados InterStoch e Hybrid- en el HEMS se evalúa sin considerar la estrategia de licitación _optima. Posteriormente, se evalúa el funcionamiento de nuestros enfoques descentralizados, monopolísticos y basados en juegos en términos de su impacto en la incertidumbre de la línea de distribución y el comportamiento flexible de los usuarios finales. Por último, modelamos la gestión de la flexibilidad energética de los usuarios finales y la operación de carga de los EV en la red de distribución. Se presentan tres estrategias de gestión de la energía para abordar la flexibilidad energética y el funcionamiento de los EV entre los actores de la capa inferior del sistema eléctrico

Modelado de la demanda de carga lenta y rápida de vehículos eléctricos para el estudio de impacto en la red de distribución

El presente proyecto se ha desarrollado para proponer una metodología de modelización de la demanda de carga lenta y rápida de vehículos eléctricos para el estudio de impacto en la red de distribución. El capítulo 1 es la memoria del análisis del estado del arte de esta temática. En el capítulo 2 se desarrolla el modelo para carga lenta, en el capítulo 3 se añade la carga rápida y en el capítulo 4 se aplica a un caso de estudio. En los últimos años el desarrollo de los vehículos eléctricos se ha acelerado considerablemente hasta la llegada al gran público de modelos con prestaciones parecidas a las actuales en vehículos de combustión interna. La carga de vehículos eléctricos, cuando quieran recuperar la energía, representa un reto para la red eléctrica en todos los niveles, por lo que la carga de los VE debe enmarcarse dentro de un contexto global. Dado que es probable que la movilidad de los próximos años sea en vehículo eléctrico, existe la necesidad de realizar diversos estudios de todos los aspectos a los que afectará para facilitar su implantación. El presente estudio se focaliza en la modelización del consumo eléctrico durante el proceso de carga. La modelización de esta nueva demanda eléctrica es necesaria para evaluar la capacidad que tienen la redes eléctricas de asimilar esta nueva carga. La modelización de la demanda depende de dos factores: las características de los vehículos eléctricos y la movilidad de los usuarios. Las características de los vehículos que afectarán a la red eléctrica son, principalmente, la batería, el consumo energético y el tipo de vehículo. En cuanto a la movilidad, el tipo de usuario, la distancia recorrida y el instante en el que se producen los desplazamientos determinarán la demanda eléctrica. La relación entre estas variables es la que determina las necesidades de carga de los usuarios. Seguidamente se deben considerar variables relativas a la infraestructura que posibilita la carga de los vehículos para así satisfacer la demanda, ya que ésta debe facilitar la energía y potencia para la carga de las baterías. Estos procesos de carga pueden ser denominados carga lenta, que utiliza una infraestructura doméstica, y carga rápida, que requiere una infraestructura más compleja similar a las gasolineras actuales, por lo que no podrá instalarse a nivel doméstico. Una vez modelizada esta nueva demanda, debe asociarse con la demanda eléctrica convencional de la zona de estudio, ya que ambas se solicitarán en la misma red. En esta interactuación podría suceder que, en determinadas condiciones, coincidan ambas puntas de demanda, que podrían impactar en la operación de la red en aspectos de calidad de suministro. De esta manera, se pueden evaluar las consecuencias de la carga de vehículos eléctricos en la red, y así proponer soluciones que reduzcan los posibles impactos

Inteligencia de mercados: comportamientos estratégicos sobre precios de oferta en el mercado spot eléctrico Colombiano

El mercado de energía mayorista es uno de los sectores industriales más competitivos de Colombia, y representa uno de los ejes principales en la economía del país. Este mercado ha sido objeto de estudio de varias áreas de conocimiento como la ingeniería eléctrica, economía, finanzas y otros. Aquí se presenta un análisis de los posibles comportamientos estratégicos de los principales agentes de la industria, desde la perspectiva de la inteligencia artificial orientada a la inteligencia de mercados, es decir, un trabajo multidisciplinar centrado en la explicación y emulación de la conducta inteligente y posiblemente estratégica de los agentes involucrados en la actividad de generación de energía en Colombia.The energy market is one of the most competitive Colombian industry sectors, and represents one of the main strategic focus in economy and development of the country. This market has been under study of many knowledge areas such as electric engineering, economy, financial and others. In this work, is presented an analysis of all the possible strategic behaviors of major industry players, from the basis of artificial intelligence oriented to market intelligence, that is, a multidisciplinary work focused on the explanation and emulation of intelligent behavior and possibly strategic of the actors involved in each market activities and in particular the behavior of energy-generating agents in Colombia

La liberalización del sector eléctrico y la capacidad de elección del consumidor

La capacidad de elección de los consumidores es un factor fundamental en la introducción de una competencia efectiva en los mercados eléctricos. En el caso español, este hecho adquiere una especial relevancia, dado el elevado grado de integración vertical y horizontal del sector. Por tanto, una aceleración de la extensión de dicha capacidad de elección podría estimular la competencia, a través de la incorporación de nuevos agentes demandantes y oferentes en el mismo.Publicad

Metodología de apoyo para la programación a corto plazo de la operación de unidades de generación tipo Francis en rangos extendidos

La generación hidroeléctrica goza de una gran aceptación a nivel mundial debido a sus ventajas: es limpia, renovable, flexible, controlable y madura -- En Colombia, representa aproximadamente el 75% de las fuentes de energía -- A partir de los años noventa, el mecanismo para comercializar al corto plazo este producto es la Bolsa de Energía -- Para participar en ella, cada generador debe presentar diariamente una oferta en la cual se declara una disponibilidad en kilovatio-hora a un precio determinado -- Esta modalidad de mercado representa un desafío permanente para los encargados de la planeación a mediano y largo plazo, y para los responsables de la programación diaria de las unidades de generación -- En los últimos años se reportan en la literatura numerosos trabajos que pretenden modelar la producción, encontrándose diferentes enfoques -- En este proyecto se tiene en cuenta para la programación de unidades de generación tipo Francis la posibilidad de operar por fuera de los márgenes establecidos por el fabricante -- Las turbinas tipo Francis son una de las máquinas más utilizadas para la generación hidroeléctrica, son versátiles en un amplio rango de operación e incluso expertos comienzan a indagar acerca de sus comportamientos en rangos extendidos -- En estos rangos se presentan fenómenos como la cavitación y las vibraciones por la interacción fluido-estructura que pueden acelerar el desgaste de los componentes de la turbina -- En este trabajo se propone una metodología teórica en la cual las partes de la máquina sometidas al desgaste acelerado, se convertirían en repuestos o material de sacrificio para sacar provecho de escenarios que de otro modo serían desventajosos, por ejemplo en temporadas con precios especialmente altos del kilovatio-hora por disminución en las afluencias -- A partir de modelos de desgaste se formulan restricciones a la maximización del beneficio -- Esta propuesta puede interesar al generador, al fabricante y proveedor de componentes quienes podrían encontrar aquí nuevos lineamientos de diseño y desarrollo de nuevos materiale

Análisis de un caso de respuesta en demanda como referente para el mercado eléctrico colombiano

Los sistemas eléctricos de potencia siempre han sido una gran área de estudio por la importancia que estos dispone en la sociedad, en temas tanto operativos, cómo económico y políticos, donde el objetivo es la correcta relación de estos tres campos y su óptimo funcionamiento. Ahora con el surgimiento de las nuevas tecnologías y nuevas tendencias de consumo estos campos están sujetos a reestructuraciones, reformulaciones e innovaciones, con la idea de hacer una inclusión de estos nuevos cambios al sector eléctrico de potencia y establecer nuevamente el óptimo funcionamiento y la correcta relación entre los diferentes campos. Partiendo de lo anterior, surge la necesidad de diseñar nuevos modelos de negocios con los cuales pueda relacionar la inclusión de las nuevas actualizaciones y su óptimo impacto en el sistema. Uno de los modelos de negocios que están presentando son los programas de respuesta en demanda, los cuales se proponen en Colombia como un modelo de negocio que tiene como finalidad aumentar la confiabilidad del sistema para épocas de escasez, respaldando las obligaciones de energía firme a las unidades de generación que participen en el Cargo por confiabilidad

definición de portafolios de inversión en Colombia usando Redes Neuronales Artificiales

En este trabajo de grado, se presenta el desarrollo y la implementación de un modelo para la obtención de portafolios eficientes en la compra de energía eléctrica en Colombia utilizando redes neuronales artificiales. Para este fin se realiza un estudio de la composición del Mercado Eléctrico Mayorista y de algunas variables que afectan el precio de la energía. Los datos de entrada utilizados para el entrenamiento de la red fueron el precio de la energía para usuarios no regulados, el volumen de energía tranzado, el Producto Interno Bruto (PIB), rendimientos y el precio del dólar. El conjunto de entrenamiento corresponde a datos desde enero de 2000 hasta febrero de 2008, con los que se realizó la validación del modelo.In this work, presents the development and implementation a model for obtaining efficient portfolios in purchasing power in Colombia using artificial neural networks. To this end are a study of the composition of the electricity market Wholesaler and some variables affecting the price of energy. The input data used for training of the network were the price of energy for users unregulated, Tranz the volume of energy, the Gross Domestic Product (GDP), yields and the price of the dollar. The joint training corresponds to data from January 2000 to February 2008, which was conducted to validate the model

Valoración de contratos a plazo en mercados eléctricos

Los mercados de energía eléctrica se caracterizan por la extremada volatilidad del precio spot. La incertidumbre asociada al precio es una fuente de riesgo tanto para los agentes vendedores (compañías de generación) como para los agentes compradores. Por este motivo, se hace necesario desarrollar herramientas y metodologías de análisis, valoración y gestión del riesgo asociado al negocio de generación. En este documento se propone, formula y desarrolla un procedimiento para la valoración de contratos mayoristas de electricidad a largo plazo con el objetivo de lograr un adecuado equilibrio entre riesgo y rentabilidad en el contexto de las empresas de generación que operan en el mercado eléctrico ecuatoriano

Poder de mercado en mercados spot de generación eléctrica: metodología para su análisis

Después de analizar las experiencias internacionales relacionadas con el monitoreo y control de poder de mercado, se establece una metodología acorde a las características del pool eléctrico en Colombia, la cual permite hacer seguimiento sobre comportamientos estratégicos respecto al precio en bolsa en este mercado. Se propone un modelo exponencial para la función de oferta en el pool basado en un modelo de precios spot, explicado por los costos, las condiciones climáticas, las intervenciones de la Comisión de Regulación de Energía y Gas, la demanda diaria, las cantidades generadas y el precio histórico. Por medio de una convolución (técnica similar a la de un Filtro de Kalman) sobre los precios históricos se estiman los parámetros y elasticidades dinámicas asociadas a las cantidades que determinan el comportamiento del precio en bolsa. A su vez, estas estimaciones son utilizadas en la estructura de beneficios en un modelo de Cournot, de competencia en cantidades, que evidencia el efecto positivo, vía disminución del precio de bolsa, de mayores niveles de contratos a futuros en el pool eléctrico colombiano