Control predictivo para la operación de una planta fotovoltaica con almacenamiento

Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Máster (en adelante, TFM) se propone una estrategia para el control de la operación en tiempo real de una planta fotovoltaica con almacenamiento. Para ello, se ha optado por el desarrollo de un control MPC (Model Based Predictive Control) dadas las ventajas que esta estrategia ofrece en cuanto a la posibilidad de emplear predicciones de la potencia generada por el campo fotovoltaico, gestionar con facilidad sistemas multivariables y calcular la acción de control en base a la optimización de una función objetivo sujeta a restricciones previamente definida. El trabajo que en esta Memoria se presenta constituye la fase final (Fase 2) de un Proyecto de mayor envergadura, en adelante Proyecto Matriz, cuyo propósito es conseguir una gestión óptima de la operación de una planta fotovoltaica conectada a la Red Eléctrica de 100 MW de potencia instalada. Sin embargo, el presente documento se centrará, principalmente, en la descripción del Control diseñado para la operación de la planta en tiempo real a lo largo de un día completo, y en el análisis de los resultados obtenidos. La Fase 1 del mencionado Proyecto Matriz se encarga, a grandes rasgos, de proporcionar referencias horarias tanto de energía final entregada a la Red Eléctrica como de energía almacenada en el sistema de almacenamiento. Estas referencias son, a su vez, calculadas en base a una estrategia de optimización que persigue maximizar el beneficio económico en la operación de este tipo de plantas conectadas a la Red, permitiéndoles ser más competitivas en su participación en el Mercado Eléctrico. La localización de la planta es desconocida, aunque este aspecto no tiene, en principio, repercusión alguna en lo que al alcance de este TFM se refiere, debido a que el Proyecto se ha centrado en la ejecución de simulaciones por ordenador para diversos perfiles de radiación. A este respecto, se simulará un amplio abanico de situaciones que pueden suceder, a fin de evaluar la bondad del algoritmo desarrollado. El objetivo principal, pues, de este control es el de intentar cumplir con los compromisos de energía entregada a la Red que han sido adquiridos en la subasta del Mercado Diario llevada a cabo el día previo al de operación. El incumplimiento en el suministro de cualquiera de las franjas horarias del día conllevará graves penalizaciones que podrán desembocar a largo plazo en serias pérdidas económicas para la empresa operadora de la planta y, en el peor de los casos, en su inviabilidad económica. Asimismo, se comentarán otras funcionalidades que presenta la estrategia de operación que se propone, como la mejora en la calidad del suministro a la Red, resultando señales de potencia mucho menos ruidosas. Esto se hace posible gracias al soporte que ofrecen los Sistemas de Almacenamiento en las centrales de energías renovables en general. Es importante señalar que, por la propia naturaleza de la energía fotovoltaica, habrá casos en los que, por contratiempos eminentemente meteorológicos, el cumplimiento de las entregas horarias de energía a la Red será prácticamente inviable. En estas situaciones la estrategia de control diseñada deberá gestionar la Planta, operando sobre el Sistema de Almacenamiento fundamentalmente, de manera tal que se minimice el error de seguimiento sin violar ninguna de las restricciones presentes en el Sistema. A fin de dar a conocer al lector el conjunto de elementos de que consta nuestro Sistema, se presenta a continuación un sencillo boceto 3D del mismo. El modelado ha sido realizado en el programa de diseño tridimensional SketchUp, de Google Inc.