Operación integrada de redes de distribución de energía y gas natural: un análisis de confiabilidad

Currently the world faces a great challenge, to achieve a sustainable production of energy, which allows the adequate development of humanity but at the same time does not irreversibly affect the environment. For this, it is absolutely necessary to make optimal and effective use of the available energy resources, in order to aim for energy transition objectives that result in the rational and efficient use of energy, the penetration of renewable resources, and social development. This requires that at a technical level, methodologies be proposed that allow for a holistic analysis of the different interactions and synergies present in the energy system. Therefore, it is essential to delve into the knowledge associated with the interaction between the electricity and natural gas networks, since natural gas is expected to be the energy source that supports the increase in generation from intermittent renewable energy sources. It is for the above that this research work analyzes the reliability of the electric power distribution network based on the impact associated with a contingency in the natural gas distribution network, when both networks are coupled through natural gas-based distributed power generators. A novel non-supplied energy index and a single contingency criterion are used for estimation purposes, considering failure rates and repair times of the natural gas network to obtain a more accurate in the estimation. Numerical results show that significant penetration of natural gas-based distributed generation can compromise the reliability of the power distribution network if the natural gas network is of low reliability.Actualmente, el mundo enfrenta un gran desafío y es lograr una producción sustentable de energía que permita el adecuado desarrollo de la humanidad pero que al mismo tiempo no afecte irreversiblemente al medio ambiente. Para ello, es absolutamente necesario hacer un uso óptimo y efectivo de los recursos energéticos disponibles, con el fin de apuntar a objetivos de una transición energética que resulten en un uso racional y eficiente de la energía, la penetración de los recursos renovables y el desarrollo social. Esto requiere que a nivel técnico se propongan metodologías que permitan un análisis holístico de las diferentes interacciones y sinergias presentes en el sistema energético. Por ello, es fundamental profundizar en el conocimiento asociado a la interacción entre las redes de electricidad y gas natural, ya que se espera que el gas natural sea la fuente energética que sustente el incremento de la generación a partir de fuentes renovables intermitentes. Por lo anterior, en este trabajo de investigación se analiza la confiabilidad de la red de distribución de energía eléctrica a partir del impacto asociado a una contingencia en la red de distribución de gas natural, cuando ambas redes se acoplan a través de generadores de energía distribuida a base de gas natural. Para su estimación se utiliza un novedoso índice de energía no suministrada y un criterio de contingencia sencilla, considerando tasas de falla y tiempos de reparación de la red de gas natural para obtener una mayor precisión en la estimación. Los resultados numéricos muestran que una penetración significativa de la generación distribuida basada en gas natural puede comprometer la confiabilidad de la red de distribución de energía si la red de gas natural es de baja confiabilidad

Planificación óptima de sistemas secundarios de distribución considerando fuentes renovables y de almacenamiento: un enfoque de gestión energética

This study focuses on the optimal planning of secondary power distribution systems considering distributed renewable generators (DG) and energy storage systems (ESS) to minimize expansion costs. The methodology solves a mixed integer non-linear mathematical model that describes the planning problem, including the operating and technical aspects of the secondary power distribution system. Such methodology uses an iterated local search algorithm and a two-stage load flow decomposition method to solve said problem. The two-stage load flow decomposition method finds the optimal operation of the storage devices and the low-voltage distribution system for each solution proposed by the iterated local search algorithm; thus, optimal energy management is achieved for the best solution. The proposed methodology was tested on a real medium-sized secondary power distribution system to establish its effectiveness. The results obtained show a reduction of 51.97 % in the total energy purchase cost of the system and a decrease of 3.02 % in the installation costs of the secondary circuits and distribution transformers when DG and ESS are considered. In conclusion, the results show that the integration of these distributed energy resources into the distribution system planning problem increases the profits of distribution companies from energy purchase and sale and reduces their fixed costs.Esta investigación se centró en la planificación óptima de los sistemas de distribución secundaria teniendo en cuenta los generadores renovables distribuidos (DG) y los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) para minimizar los costos de expansión del proyecto. La metodología resuelve un modelo matemático no lineal entero mixto que describe el problema de planificación, incluyendo los aspectos operativos y técnicos del sistema de distribución secundario. Esta metodología utiliza un algoritmo de búsqueda local iterada y un flujo de carga de descomposición en dos etapas para resolver el problema. El flujo de carga de descomposición en dos etapas encuentra el funcionamiento óptimo de los dispositivos de almacenamiento y del sistema de distribución de baja tensión para cada solución propuesta por el algoritmo de búsqueda local iterada; así, se consigue una gestión óptima de la energía para la mejor solución. La metodología propuesta se probó en un sistema de distribución de dimensiones reales para verificar su efectividad. Los resultados obtenidos mostraron una reducción del 51.97 % en el coste total de compra de energía del sistema, y una disminución del 3.02 % en los de instalación de los circuitos secundarios y transformadores de distribución cuando se consideran los DG y los ESS. En conclusión, los resultados evidencian que la integración de estos recursos energéticos distribuidos en el problema de planificación de los sistemas de distribución aumenta los beneficios de las empresas de distribución por la compra y venta de energía, además de reducir sus costos fijos

Ubicación óptima de elementos de protección en sistemas de distribución de energía eléctrica

En este artículo se presenta una metodología para solucionar el problema de la ubicación óptima de fusibles y reconectadores en sistemas de distribución, con el fin de mejorar el índice de confiabilidad SAIFI. El problema es formulado como un modelo de programación no lineal entero, el cual considera una función objetivo no lineal y un conjunto de restricciones lineales, en las que se incluyen criterios técnicos y económicos. Los resultados obtenidos reflejan la validez de la metodología propuesta y su aplicabilidad en los sistemas de distribución reales

Mejoramiento del perfil de tensión en sistemas de distribución usando generación distribuida

En este trabajo se propone una metodología para encontrar la localización y el dimensionamiento óptimo de Generadores Distribuidos (GD) en sistemas de distribución con el fin de mejorar los perfiles de tensión de la red, utilizando dos sistemas de prueba empleados en la literatura especializada. La ubicación óptima de los GD se lleva a cabo teniendo en cuenta los nodos con peor índice de estabilidad de tensión, y el dimensionamiento óptimo se obtiene al solucionar un modelamiento matemático no lineal considerando la ubicación de los GD seleccionada anteriormente. El modelo matemático es resuelto empleando el software de optimización GAMS

Ubicación óptima de elementos de protección en sistemas de distribución de energía eléctrica

En este artículo se presenta una metodología para solucionar el problema de la ubicación óptima de fusibles y reconectadores en sistemas de distribución, con el fin de mejorar el índice de confiabilidad SAIFI. El problema es formulado como un modelo de programación no lineal entero, el cual considera una función objetivo no lineal y un conjunto de restricciones lineales, en las que se incluyen criterios técnicos y económicos. Los resultados obtenidos reflejan la validez de la metodología propuesta y su aplicabilidad en los sistemas de distribución reales

Conexión de un sistema fotovoltaico a la red eléctrica

Hoy en día el uso de la generación distribuida y su conexión con los sistemas de potencia está siendo ampliamente investigado. Los sistemas fotovoltaicos (PV systems) surgen como una opción para el aprovechamiento de los recursos renovables debido a las grandes ventajas que estos tienen sobre otras fuentes de energía. Los avances en la electrónica de potencia y la aplicación de materiales más eficientes para la construcción de paneles solares, hacen de este tipo de energía una de las más importantes para el futuro. Con el fin de garantizar la máxima transferencia de potencia de estos sistemas a la red eléctrica se emplea una metodología basada en el algoritmo MPPT. Para verificar la validez del algoritmo, se presenta un caso de aplicación donde se ilustra la metodología completa

Mejoramiento del perfil de tensión en sistemas de distribución usando generación distribuida

En este trabajo se propone una metodología para encontrar la localización y el dimensionamiento óptimo de Generadores Distribuidos (GD) en sistemas de distribución con el fin de mejorar los perfiles de tensión de la red, utilizando dos sistemas de prueba empleados en la literatura especializada. La ubicación óptima de los GD se lleva a cabo teniendo en cuenta los nodos con peor índice de estabilidad de tensión, y el dimensionamiento óptimo se obtiene al solucionar un modelamiento matemático no lineal considerando la ubicación de los GD seleccionada anteriormente. El modelo matemático es resuelto empleando el software de optimización GAMS