Investigation and assessment of the state-of-the-art techniques for the resolution of seams issues

Abstract

La red eléctrica en América del Norte ha cambiado mucho en los últimos años. Hasta el final del siglo 20, la red estaba verticalmente integrada: los procesos de generación, transmisión y distribución eran llevados a cabo por una única entidad. A finales del siglo 20 la Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC) impuso un nuevo ambiente competitivo. Esto resultó en la creación de los Operadores Independientes del Sistema (ISOs) u Operadores Regionales de Transmisión (RTOs) para controlar y operar la red. Una línea a través de la cual dos ISOs/RTOs vecinas conectan es conocida como una “frontera”. El precio de la generación de electricidad varía de una ISO/RTO a otra. Como consecuencia, la generación de electricidad en un momento dado puede ser más barata en una ISO/RTO que en su vecina. Esto supone una oportunidad de mejoría económica. Las ISOs/RTOs tratan de aprovechar estas situaciones para transferir energía entre ISOs/RTOs colindantes. Las cuestiones fronterizas pueden ser definidas como barreras e ineficiencias que impiden las transacciones económicas de energía como resultado de restricciones físicas, diferencias de diseño y normas en las distintas ISOs/RTOs, etc. Se identifican tres cuestiones fronterizas principales: infrautilización de las líneas, flujos contraproducentes y flujos paralelos. La infrautilización tiene lugar cuando la energía está fluyendo en la dirección adecuada (del lugar con menor coste de producción al lugar con mayor coste), pero queda amplia capacidad sin utilizar. Esta capacidad podría ser utilizada para continuar reduciendo la disparidad de precios entre las dos zonas. Los flujos contraproducentes tienen lugar cuando la energía fluye en la dirección contraria, de manera que se utilizan generadores más costosos para producir una energía que podría producirse de manera más barata en otra ISO/RTO. Por último, los flujos paralelos tienen lugar debido a que la energía no sigue el camino que las ISOs/RTOs especifican en los contratos, sino que se guían según la topología y las impedancias de las líneas de la red. La porción de energía que se desvía de la ruta especificada en los contratos se conoce como flujos paralelos. Estos flujos pueden presentar importantes problemas operacionales cuando su duración persiste y su magnitud excede los niveles anticipados. Los flujos paralelos pueden saturar o “congestionar” las líneas de entidades intermedias, que no tomaron parte en la transacción. Estas saturaciones pueden llevar a obligar a dichas entidades intermedias a la interrupción de ciertas transacciones en sus líneas para aliviar la congestión. Este proyecto se propone investigar la naturaleza de las cuestiones fronterizas más importantes, y las técnicas aplicadas actualmente para gestionar las cuestiones fronterizas entre dos o más ISOs/RTOs interconectadas. El proyecto incluye una valoración de dichas técnicas en términos de sus habilidades y limitaciones, además de un balance de los retos que han de ser solucionados en las respectivas áreas.

The landscape of the electrical grid in North America has changed quite a lot over the last years. Until the end of the 20th century, the electrical grid was vertically integrated: generation, transmission and distribution were handled by a single entity. In the late 20th century a new wholesale competitive environment was imposed by the Federal Energy Regulatory Commission (FERC), which requires owners of transmission lines to make them available to allow access to utility customers. The FERC mandated the creation of Independent System Operators (ISOs) or Regional Transmission Operators (RTOs) to manage and operate the grid. A line along which two neighboring ISOs/RTOs interface is called a “seam”. The price of generating electricity varies from one ISO/RTO to the next. As a matter of fact, it even varies from one point to another within the same ISO/RTO. Therefore, the generation of electricity at a given time may be cheaper in one ISO/RTO than in the neighboring one. Every time this happens, there is an opportunity for improved operating economics. The ISOs/RTOs intend to take advantage of these opportunities by transferring power between neighboring ISOs/RTOs. Seams issues may be defined as barriers and inefficiencies that hold back the ability to economically transact energy, as a result of physical constraints, differences in ISO/RTO market design and rules, individual ISO/RTO operational and scheduling protocols and other distinct area practices. Three major seams issues have been identified: tie-line underutilization, counter-intuitive flows and loop flows. Tie-line underutilization occurs when power flows in the right direction (from the lower cost region to the highest cost region), but there remains unused transfer capability that when utilized would further reduce the price disparity between the two ISOs/RTOs. Counter-economic flows take place when power flows in the economically disadvantageous direction, i.e., from a higher cost node to a lower cost node. Therefore, costly generators are being used to produce electricity that could be produced at a cheaper price in another region. Loop flows occur because power does not flow through the “contractual path” specified by the ISOs/RTOs when scheduling a transaction. The actual electric power flows are determined by the generation and load patterns, the topology and the line impedances on the transmission network connecting generation to load. We refer to that portion of the actual power that deviates from the scheduled flow as the loop flow. Loop flows may present operational challenges when their duration persists and their magnitude exceeds the anticipated levels. They can cause congestion in the intermediate entities’ lines, which did not take part in the transaction. This project investigates the nature of the most important seams issues, and the current techniques applied to manage seams issues between two or more interconnected ISOs/RTOs. The project includes an assessment of those techniques in terms of both their abilities and limitations, and a statement of the challenges that need to be addressed in the respective areas.