Control automático de generación adaptivo predictivo del sistema de potencia interconectado peruano en un mercado eléctrico desregulado

Abstract

Perú es un país del hemisferio sur del planeta que se ubica en la parte central y occidental de América del Sur. Internamente está dividido en varias regiones geográficas y políticas. Por ello, han sido necesarias interconexiones eléctricas en distintos niveles de tensión para conectar el centro del país con el norte y el sur. El área centro del país es donde se produce la mayor cantidad de energía eléctrica y donde se consume la mayor carga eléctrica, representada por empresas distribuidoras como son ENEL distribución Perú y Luz del Sur. Situaciones únicas ocurren en el sistema eléctrico peruano: el área norte y el área sur no se autoabastecen de energía. Necesitan importar el equivalente de un área y tres áreas completas para el norte y sur respectivamente teniendo en cuenta que la potencia base es igual a la suma de la potencia efectiva de las unidades que conforman un área. Esta realidad, donde las áreas norte y sur importan del centro cantidades importantes de electricidad, reviste de urgencia el estudio del control carga-frecuencia, también llamado control automático de generación, siendo este último una definición general y el tema de esta tesis doctoral. En esta investigación se ha diseñado el sistema de control AGC adaptativo predictivo. Este diseño se ha verificado vía intensivos estudios de simulación. Este estudio abarca las siguientes características: • Modelado del sistema eléctrico para fines de control automático de generación empleando SIMULINK de MATLAB, que comprende el modelado de tres áreas de control: norte, centro y sur, el modelado de las unidades de generación del sistema nacional, y el modelado de las interconexiones eléctricas. • Para el control automático de generación se ha diseñado un controlador adaptativo predictivo basado en el modelo Non linear Extended Predictive Self Adaptive Controller. También han sido considerados los controladores tradicionales tipo Proporcional Integral optimizados con técnicas meta- heurísticas tale como algoritmos genéticos y optimización por enjambre de partículas. El controlador adaptativo predictivo ha sido configurado en los modos de operación centralizado y descentralizado. Los controladores tradicionales en modo de operación centralizado y descentralizado. • Adicionalmente se han considerado los enfoques de mercado eléctrico tradicional y mercado eléctrico desregulado. Actualmente, el mercado eléctrico peruano es tradicional con elementos orientados a desregulación; es decir, presencia de distribuidores y contratos de generadores con usuarios libres. • Se tuvo en consideración las fuentes energéticas renovables no convencionales eólico y solar.

Peru is a country of the Southern hemisphere of the planet that is located in the central and western part of South America. Internally it is divided into several geographical and political regions. Therefore, electrical interconnections at different voltage levels have been necessary to connect the center of the country with the north and south. The central area of the country is where the largest amount of electrical energy is produced and where the largest electrical load is consumed, represented by distribution companies such as ENEL distribution Peru and Luz del Sur. Unique situations occur in the Peruvian electrical system: the northern and southern areas are not self-sufficient in energy. They need to import the equivalent of one area and three complete areas for the north and south respectively taking into account that the base power is equal to the sum of the effective power of the units that make up an area. This reality, where the northern and southern areas import significant amounts of electricity from the center, urgently requires the study of load-frequency control, also called automatic generation control, the latter being a general definition and the subject of this doctoral thesis. The adaptive predictive AGC control system has been designed in this research. This design has been verified via intensive simulation studies. This study covers the following characteristics: • Modeling of the electrical system for automatic generation control purposes using MATLAB's SIMULINK, which includes modeling of three control areas: north, center and south, modeling of national system generation units, and modeling of electrical interconnections. • An adaptive predictive controller based on the Nonlinear Extended Predictive Self Adaptive Controller model has been designed for automatic generation control. Also considered have been the traditional Proportional Integral controllers as well as controllers based on meta-heuristic techniques such as genetic algorithms and particle swarm optimization. The adaptive predictive controller has been configured in both centralized and decentralized modes of operation. Traditional and meta-heuristic controllers in decentralized operation mode. • In addition, the traditional electricity market and deregulated electricity market approaches have been considered. Currently, the Peruvian electricity market is traditional with elements oriented to deregulation; that is, the presence of distributors and contracts with free users. • Non-conventional renewable energy sources wind and solar, were taken into consideration.