Otimização de Despacho, Usando Previsão Probabilística e Análise de Risco, para Sistemas Elétricos Insulares com Armazenamento

Abstract

A temática do problema de despacho económico é frequentemente abordada, sendo constantemente desenvolvidos novos métodos de resolução. O sistema elétrico está em constante mudança, exigindo aos métodos de otimização que acompanhem esse ritmo. Os métodos de despacho económico necessitam de se adaptar às mudanças, e representar corretamente a realidade de forma a apresentarem soluções otimizadas e fiáveis. No desenvolvimento deste trabalho é apresentada a formulação típica do problema de despacho económico, mostrando as especificações da função objetivo e as restrições normalmente consideradas. São também apresentadas as abordagens determinística e estocástica para a resolução do problema, sendo referenciados exemplos de métodos utilizados em cada uma delas.

Em sistemas insulares, a otimização do despacho económico é essencial. A dimensão reduzida destes sistemas não permite o estabelecimento de um mercado de concorrência, levando a uma operação em regime centralizado. Neste tipo de sistema, a produção renovável tem um peso significativo, sendo exigido ao sistema elevada flexibilidade para lidar com a incerteza desse tipo de produção. Um modo de fornecer flexibilidade ao sistema consiste na possibilidade de armazenamento de energia. Os sistemas dotados de armazenamento podem gerir a produção de energia de uma forma mais eficiente. A sua principal vantagem é a possibilidade de armazenar energia nas horas em que existe um excesso de produção, para posteriormente a injetar na rede nas horas de maior demanda, reduzindo os custos de operação. Adicionalmente, os sistemas de armazenamento contribuem ainda para o aumento da capacidade de resposta face a situações imprevistas de variação de carga, uma melhor gestão da energia renovável, e aumento da eficiência e fiabilidade do sistema.

Neste trabalho foi desenvolvido um método heurístico de otimização da distribuição de carga, considerando um sistema de armazenamento com determinadas características. O objetivo é possibilitar a integração do sistema de armazenamento em qualquer metodologia de despacho, sem mudar a sua formulação matemática. A metodologia foi testada para o sistema elétrico da ilha de São Miguel nos Açores. São analisadas as mudanças de escalonamento, as diferenças de custo de operação do sistema, e ainda o impacto nos riscos associados ao corte de eólica, deslastre de carga e operação dentro dos limites.

Alternate abstract:

The economic dispatch problem is addressed many times and new methods of resolution are constantly developed. The electrical system is constantly changing, requiring the adaptation of optimization methods. The economic dispatch methods need to adapt to changes, and properly represent reality in order to provide optimized and reliable solutions. During the development of the work presented here, the typical formulation of the economic dispatch problem is described, showing the specifications of the objective function and constraints usually considered. This work also reports the deterministic and stochastic approaches to solving the problem with referenced examples of the methods used in each of them.

In island systems, the optimization of the economic dispatch is essential. The reduced size of these systems does not allow the establishment of a competitive market, leading to a centralized operation system. In these systems, renewable production has a significant weight and requires high flexibility by the system in order to deal with the uncertainty of this type of production. One way of providing flexibility to the system is using the possibility of energy storage. The systems provided with storage can manage the production of energy more efficiently. Their main advantage is the ability to store energy when there is an excess of production, and inject into the network during peak demands, reducing operating costs. Storage systems also contribute to an increase in the ability of respond to unforeseen circumstances of load variation, better management of renewable energy, efficiency increasing and system reliability.

In this work a heuristic method of load distribution optimization was developed, considering a storage system with certain characteristics. The goal of this work is to evaluate the possibility of integrating a storage system with any dispatch method without the need to change its mathematical formulation. This methodology was tested on the system on the island of São Miguel in Azores. Additionally, an analysis to the scheduling changes, the differences in system operation cost, and also the impact on the risks associated with wind power cuts, load shedding and operation within limits.