Air Assisted Liquid Drop Atomization

La planificación de los sistemas eléctricos varía de acuerdo al horizonte de tiempo considerado, en parte debido a la complejidad y cantidad de variables involucradas. Los horizontes de tiempo se definen en forma natural de acuerdo a la capacidad para tomar ciertas decisiones, lo que define un subconjunto más acotado de decisiones, definiendo así objetivos específicos en cada etapa de la planificación. Así mismo, la planificación en cada etapa es reevaluada constantemente de acuerdo a nueva información disponible y nuevas herramientas que podrían permitir mejores soluciones.

De acuerdo al horizonte de planificación, esta puede ser subdividida (Wallace & Fleten, 2003, Yang Gu 2011, Ali Ahmadi Khatir 2013) en planificación de largo plazo, mediano plazo, corto plazo, y tiempo real.

− Planificación a Largo Plazo (10-20 Años). Se busca encontrar las inversiones y políticas óptimas que debería tener el sistema a fin de minimizar los costos de suplir la energía requerida para los próximos años. En un problema de planificación se busca encontrar los planes de expansión de la capacidad, tanto en generación de energía como en la infraestructura necesaria para su transmisión. Así mismo, esta planificación debe asegurar que el sistema tenga

una confiabilidad mínima para lograr mantener la generación en forma segura, sin interrupciones, y un nivel mínimo de calidad, es decir mantener la frecuencia y voltaje dentro de rangos establecidos en cada barra del sistema. La capacidad del sistema debe ser planeada considerando la incertidumbre en las variables más relevantes tales como el precio y disponibilidad de los combustibles, costos de inversión de las tecnologías, escenarios de demanda, riesgos regulatorios y aspectos medioambientales, entre otros. Sin embargo considerar todas aquellas variables resulta desafiante en la modelación.

− Planificación a Mediano Plazo (1 mes – 1 año). Esta considera a el programa de mantención de las unidades generadoras y el equipamiento del sistema. Así también se programa la utilización de los recursos del sistema, como es el caso de la generación hidroeléctrica con agua en embalses, y la utilización de combustibles como el gas natural que pueden estar sujetos a contratos.

− Planificación a Corto Plazo - Predespacho/Unit Commitment (1 semana - 1 día antes). Se programa el encendido y provisión de reservas de las unidades generadoras para cada hora de lo que será el despacho económico del día siguiente. El objetivo es hacer frente a la incertidumbre presente en el sistema (e.g. variaciones de la demanda y generación intermitente, falla de unidades, entre otros). Se reconocen los límites operacionales de cada unidad (e.g. máximos y mínimos técnicos de generación), y la capacidad de las líneas de transmisión. Se planea el despacho en base a escenarios esperados (o posibles) de demanda y disponibilidad de los recursos del sistema.

− Despacho Económico (1 Día-Tiempo real). Se busca asegurar el equilibrio entre demanda y consumo en tiempo real. Se realiza el control de frecuencia (i.e. mantener los 50Hz en Chile), el control de voltaje, mantener el flujo de energía en las líneas de transmisión dentro de límites aceptables, y monitorear el despacho de cada unidad para asegurar el despacho en la próxima hora (seguimiento de la curva de demanda).

En la figura 3-3, se muestra la descomposición propuesta por Shahidehpour (2005) en cuanto a la planificación del sistema según el horizonte de tiempo.

Figura 3-3: Análisis jerárquico de la seguridad de un sistema de potencia. Fuente: Impact of Security on Power Systems Operation, Shahidehpour (2005).

Debido a la integración de energía renovable intermitente, cada vez toma más relevancia considerar la interdependencia entre los diferentes horizontes de evaluación, como por ejemplo considerar la secuencia cronológica de la demanda en un estudio de planificación de largo plazo (De Jonghe & Hobbs & Belmans, 2011). La planificación de largo plazo afecta a la planificación de corto y mediano plazo en los siguientes años

Fig. 1. Hierarchical power systems security analysis. B. Security Time Scales

Based on possible time scales for analyzing power systems security, we consider the following security analysis frame- works shown in Fig. 1:

• real-time (on-line) security analysis, which maintains the system security in real time;

• short-term (day ahead and weekly) operation, which encompasses security-constrained unit commitment (SCUC) and security-constrained optimal power flow (SCOPF);

• midterm (monthly and yearly) operation planning, which encompasses optimal maintenance scheduling of equipments and optimal allocation of resources (e.g., fuel, emission, and water) for maintaining the system security;

• long-term (yearly and beyond) planning, which encom- passes generation resource and transmission system planning for maintaining the system security.

Real-time and short-term operation risks are associated with unexpected failures of power system components and hourly loadfluctuations due to sudden changes in weather conditions. Furthermore, short-term operation is exposed

tofinancial risks associated with the volatility of electricity prices. The midterm operation planning risks are associated with the procurement of fuel or the availability of natural resources such as water inflows. Furthermore, midterm op- eration planning is exposed tofinancial risks associated with forward electricity and fuel prices. The long-term planning risks are associated with the construction of generating plants and transmission facilities. Thefinancial risks in this case are greater than those of midterm, which could be related to the construction lead time and interest rates.

From the physical operation viewpoint, a proper long-term planning or midterm operation planning could provide a wider range of options for managing the security in short-term and real-time power systems operations. In ad- dition, the power system operation strategies over shorter periods (such as real-time and short-term operation) could yield useful security signals such that the scheduling over a longer time span (midterm and long-term) could be more ef- ficient and practical. In essence, a global analysis of security options could provide additional opportunities for seeking optimal and feasible states in various time scales.

The following sections of the paper discuss assumptions, functions, and calculation tools that are considered for sat- isfying power systems security requirements in various time scales.

II. REAL-TIMESECURITYANALYSIS

The on-line security analysis is performed by energy management systems (EMS) at power system control cen- ters. On-line security analysis encompasses two main parts: system monitoring and contingency analysis. System mon- itoring is exclusively a real-time function, but contingency analysis, which is discussed in this section, is also used in off-line applications considered in other time scales. A. System Monitoring

A power system is monitored through the supervisory control and data acquisition (SCADA) system installed at control centers. SCADA collects real-time data from remote terminal units (RTUs) installed in substations and power plants and distributed throughout the power system. SCADA scans RTUs at a frequency of about 2–5 s. The data acquired typically include watts, vars, volts, amps, kilowatt hours, frequency, circuit breaker status, and tap changing and phase shifting transformer settings. These data are transmitted to the system control center and stored in the SCADA/EMS real-time database. The system operator then monitors and controls the system in real time with the help of a state estimator (SE) program [10]–[14]. The SE periodically computes an estimate of the operating state of the subnetwork of interest, which is almost always a part of a larger network. For the purposes of contingency analysis, the complete model computed by SE consists of the moni- tored subnetwork and an external equivalent [15]–[18] that approximates the effects of the surrounding global network. To minimize errors in establishing a network model of the system state, the set of measurements is made as redundant

(economía de la operación), y a su vez la planificación de corto plazo afecta al conjunto de recursos disponibles para asegurar el despacho económico en tiempo real del sistema (seguridad y calidad). Así mismo, de acuerdo a los recursos necesarios para realizar el despacho económico, dados por la intermitencia de la demanda, fallas en generadores o líneas de transmisión, intermitencia de recursos renovables, entre otros, supondrá tomar decisiones en las etapas anteriores (corto plazo y largo plazo) para asegurar la estabilidad y seguridad del sistema.

Figura 3-4: Interdependencia entre procesos de planificación. Fuente: Elaboración propia.

La inclusión de los aspectos operacionales (i.e. planificación de corto plazo y despacho económico) en un estudio de planificación de largo plazo ha sido estudiado en forma intensiva, recurriendo inicialmente a modelos que utilizan curvas ordenadas de demanda (anuales), obviando así gran cantidad de aspectos operacionales. Sin embargo, dadas las nuevas herramientas matemáticas, y el progreso en la capacidad de procesamiento de los ordenadores, se ha permitido el desarrollo de modelos de largo plazo que recogen mayor cantidad de características del despacho económico. Esto ha sido un objeto intensivo en

Plani'icación!Largo!Plazo! • Capacidad!del!sistema:!generación!y! transmisión! • Decisiones!de!Inversión! Plani'icacion!Corto/Mediano! Plazo! • Optimización!de!los!recursos! • Planes!de!mantenimiento! • Reservas!comprometidas! • Encendido!unidades!lentas! Despacho!Económico! • Abastecer!demanda!tiempo!real! • Asegurar!calidad!del!insumo!eléctrico! • Asegurar!seguridad!del!sistema!

la investigación académica, ya que debido a nuevas fuentes de incertidumbres tales como la energía renovable, la variabilidad de precios de combustibles, y la aplicación de nuevas tecnologías como el almacenamiento de energía, existe la demanda del desarrollo de nuevos modelos de planificación que puedan entregar una mayor fidelidad del sistema, y así cuantificar de mejor manera el impacto de distintas variables para encontrar objetivos en la regulación (Ryan & McCalley & Woodruff, 2011).