Optimización y control óptimo para la operación eficiente de una microred eléctrica

Abstract

This thesis the development of a dynamic optimization model to manage the generated energy in a microgrid is presented. The microgrid consists of the following components: a wind energy system, an energy storage element, a load, and the interconnection to the utility grid. The optimization scheme considers the minimization of the associated cost due to the purchase of energy from the utility grid and simultaneously maximizing the profits associated with the sale of the generated energy to the utility grid. The optimization model considers the dynamics of charge and discharge of the storage element, energy prices and forecasting for wind energy, buying and selling prices and load demand energy, such that an efficient use of energy generated in the microgrid can be achieved. It is important to include the dynamics of the storage element for the development of the optimization model, since it allows us to store or extract energy in accordance of the microgrid requirements to maximize the profits. Furthermore, energy exchange and the interconnection in the microgrid is realized using power converters. Hence, an appropriate performance of a power converter requires an efficient control algorithm. Therefore, in this thesis is presented an optimal control scheme for power converter of the electrical microgrid.

En este trabajo de tesis se presenta el desarrollo de un modelo de optimización dinámica para gestionar la energía generada en una microred eléctrica. Sin pérdida de generalidad, la microred eléctrica consta de los siguientes componentes: un sistema de energía eólica, un elemento de almacenamiento de energía, una carga y la interconexión a la red de suministro eléctrico. El esquema de optimización considera la minimización del costo asociado debido a la compra de energía eléctrica y al mismo tiempo la maximización de los beneficios asociados a la venta de la energía generada a la red de suministro eléctrico. El modelo de optimización considera la dinámica de la carga y la descarga del elemento de almacenamiento de energía, los precios de la energía y el pronóstico para la energía eólica, los precios de compra y venta de la energía y la demanda de energía de la carga, de modo que se pueda lograr un uso eficiente de la energía generada en la microred. Es importante incluir la dinámica del elemento de almacenamiento para el desarrollo del modelo de optimización, ya que nos permite almacenar o extraer la energía de acuerdo a los requisitos de la microred para maximizar las ganancias. Por otro lado, para realizar el intercambio de energía y la interconexión entre los componentes de la microred, se utilizan convertidores de potencia, y para lograr un desempeño adecuado de los convertidores, se requiere de un algoritmo de control eficiente. Por esta razón, en esta tesis se presenta un esquema de control óptimo para los convertidores de potencia de la microred eléctrica.