Gerenciamento de uma microrrede utilizando controle preditivo com incertezas meteorológicas

Abstract

O gerenciamento de microrredes é um problema que envolve a compra e venda de energia, geração de energia renovável variante no tempo e custos de operação e manutenção. A microrrede pode operar de forma autônoma isolada ou conectada à rede principal. Neste trabalho, propõe-se um modelo original de otimização para a gestão de uma microrrede isolada que considera a conexão automática à rede para fornecer serviços ancilares à rede principal, como a venda do excedente de geração renovável e a compra de energia para carregar o banco de baterias. A otimização proposta é formulada via controle preditivo econômico híbrido através do método da soma ponderada e baseada no horizonte de rolagem. O algoritmo proposto inclui novas restrições para atender a uma regulamentação específica de conexão/desconexão com a rede principal, como o tempo mínimo de conexão/desconexão e o número máximo de conexões. Neste trabalho, também propõe-se um novo modelo híbrido de banco de baterias que inclui a conexão/desconexão da rede principal. Uma plataforma de simulação de uma microrrede em malha aberta foi desenvolvida para integrar cada equipamento como um sistema misto lógico dinâmico que contempla as variáveis contínuas, binárias, inteiras e as restrições operacionais. Os resultados de simulação em malha aberta mostraram que os equipamentos operaram de forma coerente em relação a uma microrrede real. Para o gerenciamento da microrrede, o modelo de otimização proposto com incertezas gaussianas foi testado com erros relativos médios de 15%, 25% e 35% nas variáveis meteorológicas e se mostrou pouco sensível ao aumento da variância. A otimização proposta usando modelo de previsão meteorológico de mesoescala se mostrou sensível ao erro de previsão, que causou variações de 1% na demanda atendida, 27,3% nos custos do banco de baterias e 13,3% nos lucros financeiros. Comparado com a estratégia que utiliza a programação linear inteira mista multi-período e a estratégia baseada em regras, mostrou-se que o modelo de otimização proposto gerencia a microrrede com mais segurança (ou seja, fornece estado de carga abaixo de seu valor crítico durante um período inferior a 25% em relação à outras estratégias). Em locais com alta geração de energia, apenas a otimização proposta obtém lucro com a venda de energia.