Dynamic ramping model including intraperiod ramp-rate changes in unit commitment

Abstract

El crecimiento de la generación renovable en todo el mundo está dando lugar a nuevos retos para una operación segura, fiable y económica de los sistemas eléctricos de potencia. De cara a afrontar los retos de una producción de fuentes renovables que son variables e intermitentes, las reservas de operación deben ser gestionadas eficientemente y de manera precisa. A día de hoy, estas reservas son principalmente asignadas a unidades térmicas, especificamente plantas de gas, debido a su flexibilidad en la operación y su respuesta rápida. Sin embargo, las capacidades de las rampas de estas unidades definen el nivel de flexibilidad ofrecida a la operación del sistema eléctrico. De forma práctica, estas rampas son dinámicas, es decir, que son una función de la potencia de salida de la unidad. Omitir este aspecto lleva a tomar decisiones subóoptimas o incluso decisiones no factibles, incrementando finalmente los requerimientos de reserva operativa y también las transacciones que los mercados de balance de energía en tiempo real debidas a las deviaciones de la generación renovable. Este artículo contribuye con un modelo de programación mixto entero considerando las rampas dinámicas de las unidades permitiendo cambios intraperiodo en el problema de asignación de unidades. Como resultado, las reservas operativas están mejor gestionadas y la flexibilidad de las unidades se aprovecha de forma más eficiente que los modelos de rampas tradicionales encontrados en la literatura. Diferentes casos de estudio ilustran el funcionamiento y los beneficios de la formulación propuesta.

The growing increase of renewable generation worldwide is posing new challenges for a secure, reliable and economic operation of power systems. In order to face the uncertain and intermittent production of renewable sources, operating reserves must be allocated efficiently and accurately. Nowadays, these reserves are mainly assigned to thermal units, especially gas-fired generators, due to their operation flexibility and fast response. However, the ramping capabilities of these units define the grade of flexibility offered to the system operation. In practical applications, ramping limits are dynamic, i.e., they are a function of the unit s generating output. Omitting this feature leads to suboptimal or even infeasible reserve allocations, thus increasing not only operating reserve requirements but also transactions in real-time balancing markets needed to back up deviations of renewable generation. This paper contributes with a mixedinteger linear programming model for units dynamic ramping allowing intraperiod changes in the unit commitment problem. As a result, operating reserves are better allocated and the units flexibility is managed more efficiently than traditional ramping models found in the literature. Different case studies illustrate the functioning and benefits of the proposed formulation.