Análisis de Seguridad con Fuentes de Energía Renovable No Convencional JESÚS DAVID GÓMEZ PÉREZ JUAN SEBASTIÁN SERNA TORO

Contenido • Metodología para cálculo de pesos de FERNC • Resultados metodología para cálculo de pesos FERNC • Metodología para cálculo de cortes con FERNC • Resultados de metodología para cálculo de cortes con FERNC

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3

Metodología para cálculo de pesos de FERNC

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Planteamiento del Problema (1/2) Peso: Se define como la calificación cuantitativa de una unidad de generación para dar soporte de tensión a un área (o subárea), tanto en estado normal de operación como ante contingencia.

Capacidad reactiva de las unidades

Peso de las unidades

Punto de conexión

4

5

5

Planteamiento del Problema (2/2) Curva de Capacidad de plantas FERNC 1,20

-0,23; 1,00

0,23; 1,00 1,00

-0,33; 0,95

o ¿Cuánto es el riesgo de no tener entrega de reactivos? o ¿Cómo considerar de forma fiable estas plantas como seguridad del SIN? o ¿Cuáles factores influyen en estas probabilidades?

0,80

Potencia Activa [p.u.]

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂(𝑹𝒂𝒅, 𝑻, 𝑾𝒔𝒑𝒆𝒆𝒅 )

0,33; 0,95

Entrega reactiva

0,60

0,40

-0,33; 0,20

0,33; 0,20 0,20 -0,10; 0,10

0,10; 0,10 Sin Entrega reactiva

0,00 -0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

Potencia Reactiva [p.u.]

0,20

0,30

0,40

6

Metodología (1/5)

Recopilación de Información Curva Caracteristica De Potencia

Periodo

1.0 0.9

0.8

Potencia [p.u.]

0.7

Velocidad del viento

0.6 0.5 0.4

0.3 0.2

Radiación Temperatura

0.1 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

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Hora

https://maps.nrel.gov/nsrdb-viewer/?aL=0&bL=groad&cE=0&lR=0&mC=19.435514339097825%2C-81.474609375&zL=4

7

Metodología (2/5)

Obtención de Potencia Activa

Curva de Conversion de Potencia Para Plantas Eolicas 1.20

1.00

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑡 =

1 𝐼𝑆𝑇𝐶

𝑥 𝐾𝑐 𝑥 𝐾𝑖𝑛𝑐 𝑥 𝑉𝑡 𝑇𝐴𝑡 𝑥 𝐺𝐻𝐼𝑡 𝑥 𝑃𝑂𝑇𝑑𝑐

Potencia [p.u.]

0.80

0.60

0.40

0.20

𝑉𝑡 = 1 − (𝑎 𝑥 𝑇𝐴3𝑡 + 𝑏 𝑥 𝑇𝐴2𝑡 + 𝑐 𝑥 𝑇𝐴𝑡 + 𝑑 ሻ

0.00 0

5

10

15

Velocidad del Viento [m/s]

20

25

8

Metodología (3/5)

Tratamiento estadístico Información en archivo plano

Algoritmo de Python Funciones de distribución Diagrama de cajas y bigotes (Herramienta de visualización)

9

Metodología (4/5)

Obtención de curvas de probabilidad

Peso Conjunto VS Probabilidad

Probabilidad combinada Peso Planta 1

Planta 2

Planta 3 Curva de probabilidad

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Metodología (5/5) Tratamiento estadístico y obtención de la distribución de probabilidad

Recopilación y clasificación de información de recursos primarios

Transformación de recurso primario a potencia activa

Obtención de curvas de Probabilidad vs Peso conjunto

Flujo de potencia en presencia de fuentes no convencionales

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Entendimiento físico Planta 1

¿Cómo se debe realizar el análisis en la planeación de mediano y largo plazo? ¿Se deben controlar los flujos ante las variaciones del recurso no convencional? ¿Existen límites probabilísticos de seguridad? En caso de que existan: ¿Cómo deben ser controlados? ¿Cómo deberían ir las recomendaciones desde la planeación de la operación?

Planta 2

¿Existen herramientas computacionales que realicen análisis eléctricos estocásticos en presencia de fuentes no convencionales? O ¿Debe ser desarrollada alguna?

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Modelamiento matemático (1/4) Modelo de red Planta 1 𝑃𝑘 = 𝑉𝑘 ෍ 𝑉𝑚 𝐺𝑘𝑚 cos 𝜃𝑘𝑚 + 𝐵𝑘𝑚 sin 𝜃𝑘𝑚 𝑚∈𝐾

𝑄𝑘 = 𝑉𝑘 ෍ 𝑉𝑚 𝐺𝑘𝑚 sin 𝜃𝑘𝑚 − 𝐵𝑘𝑚 cos 𝜃𝑘𝑚 𝑚∈𝐾

𝑃𝑘 =

−1 −1 ෍ 𝑥𝑘𝑚 𝜃𝑘 + ෍ −𝑥𝑘𝑚 𝜃𝑘𝑚

𝑚∈𝐾

Planta 2

Modelo de producción

𝑚𝜖𝐾

Modelamiento matemático (2/4) Mediante el uso de los factores de sensibilidad del flujo de carga lineal DC se construyen hiperplanos de acuerdo a los criterios de confiabilidad (H=f(X)). Ejemplo: 2*Nm*(Nc+1) hiperplanos

Producción Gen 2 [MW]

Power Transfer Distribution Factors ∆𝑓𝑖 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑖𝑗 = ∆𝑃𝑗 𝑓

𝑓𝑚 = 𝑓𝑚𝑖 + ෍ 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑚𝑗 ∆𝑃𝑗 𝑗∈𝐾

Line Outage Distribution Factors Producción Gen 1 [MW]

𝐿𝑂𝐷𝐹𝑖𝑗 =

∆𝑓𝑖 𝑓𝑗𝑖

𝑓

𝑓𝑚 = 𝑓𝑚𝑖 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖 14

Modelamiento matemático (3/4) Modelo de red con generación convencional

෍ 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑚𝑗 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑐𝑗 ∆𝑃𝑗 ≤ 𝑓𝑚𝑚𝑎𝑥 − 𝑓𝑚𝑖 − 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖

Producción Gen 2 [MW]

𝑗∈𝐾

− ෍ 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑚𝑗 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑐𝑗 ∆𝑃𝑗 ≤ 𝑓𝑚𝑚𝑎𝑥 + 𝑓𝑚𝑖 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖 𝑗∈𝐾

Holgura positiva:

𝐹𝑚max + = 𝑓𝑚𝑚𝑎𝑥 − 𝑓𝑚𝑖 − 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖

Holgura negativa: 𝐹𝑚max − = 𝑓𝑚𝑚𝑎𝑥 + 𝑓𝑚𝑖 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖 Producción Gen 1 [MW]

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Modelamiento matemático (4/4) Factor variable de generación no convencional

𝑓𝑟 = ෍ 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑚𝑟 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑃𝑇𝐷𝐹𝑐𝑟 ∆𝑃𝑟

Producción Gen 2 [MW]

𝑟∈𝑅

Producción Gen 1 [MW]

Holgura positiva:

𝐹𝑚max + = 𝑓𝑚𝑚𝑎𝑥 − 𝑓𝑚𝑖 − 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖 − 𝑓𝑟

Holgura negativa:

𝐹𝑚max − = 𝑓𝑚𝑚𝑎𝑥 + 𝑓𝑚𝑖 + 𝐿𝑂𝐷𝐹𝑚𝑐 𝑓𝑐𝑖 + 𝑓𝑟

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Arquitectura

Análisis estadístico de los datos

Lenguaje programación modelo: C

Librerías usadas

Desempeño de una fracción de código: Python vs. C Python: 74 segundos Python optimizado: 40 segundos C: 1 segundo 17

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Archivos de salida Datos de modelo de red

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Archivos de salida Salidas del modelo

Datos de modelo de red

Resultados de las metodologías

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Resultados (1/3)

Funciones de distr. Acumuladas Periodo 9

Periodo 12 Probabilidad Acumulada Vs Potencia [p.u.]

Probabilidad de entrega de reactivos > 90%

33,2% 18,7%

Probabilidad de entrega de reactivos > 97%

21

0.73 - 0.79

0.66 - 0.73

6,7%

0.59 - 0.66

4,0%

0.53 - 0.59

2,3%

0.46 - 0.53

1,6%

11,7%

0.39 - 0.46

0,8%

0.32 - 0.39

0.43 - 0.47

0.39 - 0.43

0.34 - 0.39

0.13 - 0.18

0.3 - 0.34

6,6%

0.26 - 0.3

3,6%

0.22 - 0.26

1,2%

9,9%

0.18 - 0.22

0,4%

0.09 - 0.13

21,8%

47,5%

0.26 - 0.32

39,9%

0.19 - 0.26

56,8%

100,0%

76,5%

0.12 - 0.19

Probabilidad

80,0%

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

0.05 - 0.12

100,0%

89,8%

0.05 - 0.09

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

0.01 - 0.05

Probabilidad

Probabilidad Acumulada Vs Potencia [p.u.]

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Resultados (2/3)

Curva de Peso Conjunto Vs Probabilidad (1/2) Unidad Atlantic P. El Campano Guayepo Windpeshi

Peso 0.5 0.5 0.5 0.7

Casos

P6 1.000 1.000 1.000 0.269

P6

P7 1.000 1.000 1.000 0.213

P7

P8 0.794 0.835 0.794 0.149

Índices P9 0.100 0.229 0.100 0.127

P8

P9

P10 0.011 0.051 0.011 0.118

P10

P11 0.006 0.041 0.006 0.081

P11

P12 0.016 0.043 0.016 0.112

P12

Peso Total

Caso 1

0%

0%

0%

32%

55%

55%

55%

2.2

Caso 2

0%

0%

11%

55%

64%

64%

64%

4.4

Caso 3

8%

8%

17%

64%

77%

77%

77%

6.6

23

Resultados (3/3) Probabilidad De Entrega de Reactivos Para FERNC (Caso 3)

Probabilidad De Entrega de Reactivos Para FERNC (Caso 1) 110%

1

110%

𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

100%

100% 90% 80%

80%

70%

70%

60%

𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

50% 40%

40%

20%

20%

10%

10%

0%

0%

1

2

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

50%

30%

Unidades Equivalentes

𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

60%

30%

0

1 𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

1 1 𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

90%

𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒

Probabilidad

Probabilidad

Curva de Peso Conjunto Vs Probabilidad (2/2)

0

1

2 P6

P7

3

4

5

Unidades Equivalentes P8

P9

P10

P11

6 P12

7

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Cortes (1/2) Limite Caribe = 1700 MW Demanda Máxima 2023 Criticidad

Sin FERNC Con FERNC Generación de Seguridad

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Cortes (2/2) Demanda Máxima 2023

Copey – La Loma 500 kV / Sabana 500/230 kV

Sin FERNC Con FERNC

Criticidad

La Loma - Ocaña/ Sabana 500/230

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ANEXOS

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Resultados (2/4)

Diagramas de Cajas y Bigotes Pn = 200 MW 0.2xPn = 40 MW

RI = Q3 - Q1 Cola Inf = Q1 - 1.5xRI

Cola Sup = Q3 + 1.5xRI