Escalonamento e Pré-Despacho incluindo Produção Eólica
Dissertação do MIEEC/Energia
José Luís Meirinhos
21 de Julho de 2010
Estrutura da apresentação
Introdução
Conceitos
Metodologia
Resultados
Conclusão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Motivação Integração da crescente produção eólica no SEE. Minimização dos custos de produção; Aumento da eficiência energética; Incentivos a nível europeu:
Redução dos gases de efeito de estufa em 20% até 2020 Aumentar a eficiência energética em 20% até 2020 Utilização de energias renováveis, com peso na produção
energética de 20% até 2020.
Objectivo Desenvolvimento de uma aplicação para o cálculo do
escalonamento e pré-despacho com modelização da incerteza da produção eólica.
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Introdução
Criar uma metodologia que tome em conta os efeitos da incerteza de produção eólica no escalonamento e no pré-despacho de grupos de produção térmica.
O problema?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Cenários de produção eólica
Cen1
Cen2
Cen3
Cen4
Cen5
Cen6
Cen7
Período
MW
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Escalonamento e pré-despacho É um problema onde se pretende decidir as máquinas
que estão ligadas numa sequência de intervalos.
Conceitos
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Pré-despacho
Unit Commitment
Despachot=1
Despachot=2
Despachot=T
Metodologia de optimização em problemas que requerem decisões sequenciais e interligadas
Programação Dinâmica
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
C
D
E
F
G
I
J
K
H
L
M
i=1
A
B
N
i=2i=3 i=4
i=5i=6
T(i-1,k)
Metodologia
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Inicio1. Modelização da incerteza de produção eólica através de um conjunto de cenários.
2. Para cada cenário, obter a solução óptima através de Programação Dinâmica.
3. Construção dos indicadores.
4. Processo de decisão
1. – Situação de corte de carga
2. – Situação de desperdício de eólica
3. – Custo de redespacho
Inicio
i=1 | Primeiro cenário
Chama a função para o cálculo do escalonamento e pré-despacho através da PD
i=i+1
Calcula o redespacho
Calcula o corte de carga e/ou desperdício de eólica
Ultimo cenário?Não
Sim
FIM
Processo de Decisão
Construção dos indicadores
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
∑𝑚
𝑃𝑚𝑚𝑎𝑥<𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎−𝑃𝑒ó 𝑙𝑖𝑐𝑎
∑𝑚
𝑃𝑚𝑚𝑖𝑛>𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎−𝑃𝑒ó 𝑙𝑖𝑐𝑎
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Modelo 1
Nível 1 •Evitar cenários com corte de carga
Nível 2 •Evitar cenários com desperdício de eólica
Nível 3 •Minimizar o máximo custo•Minimizar o máximo arrependimento
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Modelo 2 Tem como base uma análise trade-off.
Após o cálculo da função V, temos duas alternativas
1. Minimização do máximo custo2. Minimização do máximo arrependimento
[𝑉 ]= [𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 h𝑅𝑒𝑑𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐 𝑜 ]+[𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 ] ∙𝛼+[ 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑 í 𝑐𝑖𝑜𝐸ó 𝑙𝑖𝑐𝑎 ] ∙ 𝛽
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223240
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600Carga
Período
MW
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 230
100200300400500600700800900
1000Cenários de produção eólica
Cen1
Cen2
Cen3
Cen4
Cen5
Cen6
Cen7
Período
MW
Caso de estudo 7 grupos produtores 24 períodos de tempo (1 dia)
Resultados
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Valores de reserva
Carga Eólica
10% 15%
Minimizar o máximo desperdício de eólica
Corte de Carga (MW)
𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 0 56 0 168 35 0 127 168 𝟐 0 0 0 28 0 0 24 28 𝟑 23 454 0 239 157 83 397 454 𝟒 0 132 0 0 0 0 71 132 𝟓 140 377 0 378 0 0 133 378 𝟔 0 201 0 293 248 0 325 325 𝟕 0 0 0 60 0 0 0 60
Desperdício de eólica (MW)
𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 0 0 55 0 122 59 0 122 𝟐 248 0 390 332 247 231 6 390 𝟑 0 0 0 0 0 0 0 0 𝟒 0 0 162 0 122 59 0 162 𝟓 0 0 20 0 0 0 0 20 𝟔 0 0 20 0 0 0 0 20 𝟕 72 0 312 109 203 94 0 312
Modelo 1 – 1 ª Estratégia
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Corte de carga máximo inferior a 100 MW
Minimizar o máximo custo de redespacho
Custo de redespacho (𝑘$) 𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 375,9 414,5 354,6 404,3 387,1 361,8 417,1 417,1 𝟐 388,5 423,1 368,4 420,6 397,5 373,2 425,7 425,7 𝟑 375,9 412,4 352,4 405,1 383,3 359,5 415,3 415,3 𝟒 383,6 421,1 363,4 413,5 394,7 369,2 424,7 424,7 𝟓 375,8 410,8 355,6 402,5 386,7 362,8 419,0 419,0 𝟔 375,5 412,1 352,4 402,5 380,5 358,8 413,5 413,5 𝟕 386,9 424,8 368,4 417,4 398,2 372,3 426,6 426,6
Corte de Carga (MW)
𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 0 56 0 168 35 0 127 168 𝟐 0 0 0 28 0 0 24 28 𝟑 23 454 0 239 157 83 397 454 𝟒 0 132 0 0 0 0 71 132 𝟓 140 377 0 378 0 0 133 378 𝟔 0 201 0 293 248 0 325 325 𝟕 0 0 0 60 0 0 0 60
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Modelo 1 – 2 ª Estratégia
Corte de carga máximo inferior a 100 MW
Arrependimento em relação ao custo de redespacho ($) 𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 384 3624 2232 1834 6585 3018 3527 6585 𝟐 12994 12294 15954 18111 16997 14413 12169 18111 𝟑 333 1595 0 2683 2785 680 1791 2785 𝟒 8096 10221 10963 11023 14120 10363 11123 14120 𝟓 239 0 3192 29 6188 3937 5435 6188 𝟔 0 1289 30 0 0 0 0 1289 𝟕 11350 13979 15955 14899 17657 13467 13016 17657
Custo de redespacho (𝑘$) 𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 375,9 414,5 354,6 404,3 387,1 361,8 417,1 417,1 𝟐 388,5 423,1 368,4 420,6 397,5 373,2 425,7 425,7 𝟑 375,9 412,4 352,4 405,1 383,3 359,5 415,3 415,3 𝟒 383,6 421,1 363,4 413,5 394,7 369,2 424,7 424,7 𝟓 375,8 410,8 355,6 402,5 386,7 362,8 419,0 419,0 𝟔 375,5 412,1 352,4 402,5 380,5 358,8 413,5 413,5 𝟕 386,9 424,8 368,4 417,4 398,2 372,3 426,6 426,6
Minimizar o máximo custo de redespacho
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Modelo 1 – 3 ª Estratégia
Minimizar o máximo arrependimento
Custo equivalente à função V (𝑘$) 𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 376 694 410 1244 684 421 1052 1244 𝟐 637 423 758 893 645 604 552 893 𝟑 491 2682 352 1600 1168 774 2400 2682 𝟒 384 1081 525 413 517 428 780 1081 𝟓 1076 2296 376 2292 387 363 1084 2296 𝟔 376 1417 372 1867 1621 359 2039 2039 𝟕 459 425 680 826 601 466 427 826
Minimizar o máximo custo equivalente
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Modelo 2
[𝑉 ]= [𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 h𝑅𝑒𝑑𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐 𝑜 ]+[𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 ] ∙𝛼+[ 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑 í 𝑐𝑖𝑜𝐸ó 𝑙𝑖𝑐𝑎 ] ∙ 𝛽
Trade-offs
𝜶 $/𝑴𝑾𝒉
𝜷 $/𝑴𝑾𝒉
5000 1000
[𝑉 ]= [𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 ]+ [𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒 ] ∙𝛼+ [ 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑 í 𝑐𝑖𝑜 ] ∙ 𝛽
Desperdício de eólica (MW)
𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 0 0 55 0 122 59 0 122 𝟐 248 0 390 332 247 231 6 390 𝟑 0 0 0 0 0 0 0 0 𝟒 0 0 162 0 122 59 0 162 𝟓 0 0 20 0 0 0 0 20 𝟔 0 0 20 0 0 0 0 20 𝟕 72 0 312 109 203 94 0 312
Custo de redespacho (𝑘$) 𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 375,9 414,5 354,6 404,3 387,1 361,8 417,1 417,1 𝟐 388,5 423,1 368,4 420,6 397,5 373,2 425,7 425,7 𝟑 375,9 412,4 352,4 405,1 383,3 359,5 415,3 415,3 𝟒 383,6 421,1 363,4 413,5 394,7 369,2 424,7 424,7 𝟓 375,8 410,8 355,6 402,5 386,7 362,8 419,0 419,0 𝟔 375,5 412,1 352,4 402,5 380,5 358,8 413,5 413,5 𝟕 386,9 424,8 368,4 417,4 398,2 372,3 426,6 426,6
Ajuda à decisão
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Modelo 2[𝑉 ]= [𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 h𝑅𝑒𝑑𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐 𝑜 ]+[𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 ] ∙𝛼+[ 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑 í 𝑐𝑖𝑜𝐸ó 𝑙𝑖𝑐𝑎 ] ∙ 𝛽
Trade-offs
𝜶 $/𝑴𝑾𝒉
𝜷 $/𝑴𝑾𝒉
5000 1000
Corte de Carga (MW)
𝑪𝒆𝒏á𝒓𝒊𝒐 𝑨𝒍𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝟏 𝟐 𝟑 𝟒 𝟓 𝟔 𝟕 𝒎𝒂𝒙 𝟏 0 56 0 168 35 0 127 168 𝟐 0 0 0 28 0 0 24 28 𝟑 23 454 0 239 157 83 397 454 𝟒 0 132 0 0 0 0 71 132 𝟓 140 377 0 378 0 0 133 378 𝟔 0 201 0 293 248 0 325 325 𝟕 0 0 0 60 0 0 0 60
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Corte de carga médio
Alt 1Alt 2Alt 3Alt 4Alt 5Alt 6Alt 7
% de reserva
MW
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%0
50
100
150
200
250
Desperdício de eólica médio
Alt 1Alt 2Alt 3Alt 4Alt 5Alt 6Alt 7
% de reserva
MW
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%350000
360000
370000
380000
390000
400000
410000
Custo de redespacho médio
Alt 1Alt 2Alt 3Alt 4Alt 5Alt 6Alt 7
% de reserva
€
Influência dos níveis de reserva
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Conclusões e Trabalhos Futuros
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Conclusões Foi concluída a metodologia para o cálculo do escalonamento e
pré-despacho tendo em conta os efeitos da incerteza de produção eólica.
O programa desenvolvido permite criar indicadores de decisão para uma posterior avaliação.
Tem-se consciência que se trata de uma abordagem preliminar para a ajuda à decisão.
Trabalhos Futuros Desenvolver um SAD, baseado em meta-heurísticas com
algoritmos evolucionários, de modo a ser realmente escolhida a melhor alternativa de escalonamento.
Dotar o programa desenvolvido de uma interface gráfica com o utilizador, Graphical User Interface (GUI).
Fim da apresentação
Principal vantagem Redução do espaço de pesquisa.
Limitação da dimensionalidade Numero total de combinações existentes para
cada período dadas por:
Abordagem “forward”:
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
Programação Dinâmica
Inicio
Escalonamento e pré-despacho através de PD
ConceitosResultado
sConclusã
oMetodologi
aIntroduçã
o
𝐶𝑎𝑝𝑚𝑎𝑥 (𝑖 )=𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (𝑖 )−𝑃𝑒ó 𝑙𝑖𝑐𝑎 (𝑖 )+𝑅𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎+𝑅𝑒ó 𝑙𝑖𝑐𝑎
𝑚𝑖𝑛∑𝑛=1
𝑁
𝐶 (𝑃𝑛)
sujeito a:
Inicio
i=1 | Primeiro cenário
Chama a função para o cálculo do escalonamento e pré-despacho através da PD
i=i+1
Calcula o redespacho
Calcula o corte de carga e/ou desperdício de eólica
Ultimo cenário?Não
Sim
FIM
Processo de Decisão