Optimización robusta del despacho eléctrico para mejorar la estabilidad frente a variaciones de tensión

Abstract

Este trabajo de fin de máster desarrolla y analiza un modelo de Unit Commitment que incorpora restricciones de seguridad de frecuencia basadas en el Rate of Change of Frequency (RoCoF), con el objetivo de evaluar el impacto que tendría implementar restricciones de control de frecuencia en sistemas eléctricos con alta penetración renovable. El modelo se aplica al sistema ibérico, representando España y Portugal como áreas diferenciadas, e incluye generación térmica, nuclear, renovable, hidráulica, bombeo e intercambios eléctricos. Los resultados muestran que la incorporación estricta de la restricción de RoCoF supone un aumento del coste de operación. La restricción de control de frecuencia supone la conexión de un mayor número de unidades síncronas, principalmente de generación térmica. Esto supone, un aumento de las emisiones y reducción de la integración renovable. Asimismo, el análisis evidencia que las violaciones del RoCoF en el despacho puramente económico se concentran en horas críticas, caracterizadas por elevada demanda y disponibilidad de generación renovable. Además de la incorporación estricta de la restricción se plantea permitir desviaciones penalizadas en el modelo de forma lineal o cuadrática. Se concluye que estas constituyen una alternativa intermedia entre seguridad y eficiencia económica. En particular, la penalización cuadrática permite limitar las desviaciones más severas sin eliminar completamente la flexibilidad del modelo, ofreciendo una solución más equilibrada para integrar criterios de estabilidad de frecuencia en el despacho eléctrico.

This Master’s Thesis develops and analyses a Unit Commitment model that incorporates frequency-security constraints based on the Rate of Change of Frequency (RoCoF), with the aim of assessing the impact of implementing frequency-control constraints in power systems with high renewable penetration. The model is applied to the Iberian power system, representing Spain and Portugal as differentiated areas, and includes thermal, nuclear, renewable, hydropower and pumped-storage generation, as well as electricity exchanges. The results show that the strict incorporation of the RoCoF constraint leads to an increase in operating cost. The frequency-control constraint requires the commitment of a larger number of synchronous units, mainly thermal generation units. This results in higher emissions and a reduction in renewable energy integration.Furthermore, the analysis shows that RoCoF violations in the purely economic dispatch are concentrated in critical hours, characterised by high demand and high renewable generation availability. In addition to the strict enforcement of the constraint, the model also considers allowing penalised deviations, either through a linear or a quadratic formulation. It is concluded that these formulations provide an intermediate alternative between frequency security and economic efficiency. In particular, the quadratic penalty limits the most severe deviations without completely eliminating the flexibility of the model, offering a more balanced solution for integrating frequency-stability criteria into power system dispatch.