Coordinación hidrotérmica en el corto plazo mediante técnicas de relajación lagrangiana

Resumo

La coordinación hidrotérmica en el corto plazo tiene por objeto determinar el arranque y parada de los grupos térmicos así como la potencia generada por los grupos térmicos e hidráulicos durante un horizonte temporal de corto plazo. El objetivo es satisfacer la demanda con un nivel apropiado de seguridad y de forma que se minimicen los costes de explotación del sistema y se cumplan las restricciones que modelan el funcionamiento de las centrales térmicas e hidráulicas. Matemáticamente, el problema de la coordinación hidrotérmica en el corto plazo se plantea como un problema de optimización entero-mixto y no lineal. Para sistemas eléctricos de tamaño realista es además de gran dimensión. Su resolución no es simple. Las técnicas de relajación lagrangiana son las más apropiadas para resolver este tipo de problemas. Utilizando el método de la relajación lagrangiana el problema de la coordinación hidrotérmica se resuelve en tres fases. En la primera fase se resuelve el problema dual. A través de los procedimientos heurísticos que se llevan a cabo en las fases 2 y 3 se obtiene una solución cuasi-óptima primal factible a partir de la solución óptima del problema dual. La mayor dificultad de los procedimientos de coordinación hidrotérmica en el corto plazo mediante técnicas de relajación lagrangiana estriba en la resolución del problema dual. El problema dual es un problema de optimización no diferenciable. Se resuelve a través de un proceso iterativo. La clave de la eficiencia de la resolución del problema dual está en el método de actualización de multiplicadores empleado. En esta tesis se estudian en detalle y se proponen nuevos métodos de actualización de multiplicadores. El método de los hiperplanos secantes con control dinámico de la región de factibilidad y límite máximo al número de hiperplanos (original de este trabajo) es un método no-oscilatorio y computacionalmente eficiente. Este método supera el comportamiento tanto de otros métodos que aparecen en la literatura como de otros métodos también originales de esta investigación. Los procedimientos de resolución del problema de la coordinación hidrotérmica en el corto plazo que aparecen en la literatura finalizan la resolución del problema dual cuando se alcanza la convergencia en el valor de la función objetivo del mismo, a pesar de que las variables duales no se hayan estabilizado. Conseguir, además, convergencia en las variables duales tiene un coste computacional demasiado elevado que no está justificado en los sistemas de energía eléctrica centralizados por la potencial mejora en el máximo conseguido del problema dual. Sin embargo, en un sistema de energía eléctrica liberalizado las variables del problema dual deben converger antes de finalizar el proceso, para que el mercado de energía eléctrica sea ecuánime y transparente a todos. En esta tesis se propone un método de coordinación hidrotérmica en el corto plazo mediante técicas de relajación lagrangiana con el que se alcanza la convergencia no sólo en la función objetivo del problema dual (lo que es habitual en la literatura) sino también en las variables duales. El procedimiento de estabilización de las variables duales es computacionalmente eficiente. Así, el método propuesto pueda ser empleado tanto por el operador del mercado como por el operador del sistema de un sistema de energía eléctrica competitivo