A framework for flexible loads aggregation

Abstract

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