Diseño y aplicación de estrategias de control predictivo económico – estocástico para la gestión de microrredes eléctricas

Abstract

El despliegue de microrredes conectadas a una red eléctrica aumenta cada día. Estos distritos energéticos, en donde coexisten sistemas de generación renovable, elementos para almacenar la energía y un perfil de demanda, cuentan con su propio sistema de control para la gestión de sus recursos. Estas microrredes son precisamente los nodos inteligentes de las futuras redes eléctricas y su sistema de control cumple un papel fundamental para lograr su correcta implementación; por lo que, es preciso desarrollar y proponer estrategias de gestión para estos nuevos sistemas, tanto a nivel local de cada microrred, como así también para una comunidad de ellas. En esta tesis se proponen novedosas estrategias de control para el sistema de gestión de la energía (EMS) de estas microrredes, empleando formulaciones apropiadas del control predictivo basado en modelo (MPC). Se realizan formulaciones con fundamentos en el control predictivo económico y estocástico a nivel de cada microrred, para luego utilizar el enfoque del control coalicional para extender las propuestas realizadas a una comunidad de microrredes, con el objetivo de ir alcanzado el concepto de red inteligente. En el control coalicional se utiliza los conceptos teóricos de los juegos cooperativos como herramienta de análisis. Finalmente, resultados de simulaciones demuestran la eficacia y potencialidad de las propuestas realizadas para la gestión del recurso eléctrico disponibles en estas microrredes.

The deployment of microgrids connected to an electricity grid is increasing every day. These energy districts, where renewable generation systems, energy storage elements and a demand profile coexist, have their control system for managing their resources. These microgrids are precisely the intelligent nodes of the future electricity grids, and their control system plays a fundamental role in achieving their correct implementation; therefore, it is necessary to develop and propose management strategies for these new systems, both at the local level of each microgrid, as well as for a community of them. In this thesis, novel control strategies for the energy management system (EMS) of these microgrids are proposed, using appropriate formulations of model predictive control (MPC). Formulations based on economic and stochastic predictive control are formulated at the level of each microgrid and then the coalitional control approach is used to extend the proposals to a community of microgrids, to achieve the smart grid concept. In coalitional control, the theoretical concepts of cooperative games are used as an analytical tool. Finally, simulation results demonstrate the effectiveness and potential of the proposals made for the management of the electricity resources available in these microgrids.