La plataforma SimSEE está diseñada e implementada 100% Orientada a Objeto. En este sentido debe pensarse como una “caja de herramientas” que permite armar en forma sencilla un ambiente (Sala de Juego) donde se colocan objetos (Actores) que saben como comportarse en ese ambiente. Como se trata de una plataforma para simulación de Sistemas de Energía Eléctrica, los Actores tienen que saber respetar las restricciones eléctricas (por ejemplo la suma de las potencias en una barra tiene que ser nula) y saber colaborar en la misión del sistema, que es que cumplir con suministrar la Demanda al menor costo posible en condiciones de calidad aceptables. Si bien esta característica de la implementación resulta transparente al usuario, es bueno tener presente que es esta filosofía de implementación que guía la nomenclatura utilizada en la descripción de la plataforma.

 

En pocas palabras, SimSEE es útil para armar simuladores de la operación óptima de un Sistema de Energía Eléctrica (SEE). Los simuladores permiten observar cuál sería la operación óptima del SEE en un horizonte de tiempo o ventana de simulación. Al tratarse de una simulación en base a cálculos computacionales, la misma se realiza de a intervalos de tiempo o pasos de simulación. Dependiendo del Horizonte de análisis, el paso de simulación convendrá fijarlo en valores adecuados. Por ejemplo, para simulaciones de largo plazo (horizontes de decenas de años) seguramente sea conveniente utilizar pasos diarios o semanales mientras que para simulaciones de corto plazo (horizonte de menos de un mes) seguramente un paso de simulación horario sea el adecuado.

 

Hay dos tipos de entidades en base a las cuales se arma el modelo de cualquier sistema en SimSEE. Estas son los Actores y las Fuentes. Los Actores son entidades que saben de alguna forma manejar la energía (por ejemplo los Generadores y las Demandas de energía eléctrica) y las Fuentes son entidades capaces de generar valores numéricos (por ej. precio del barril de petróleo, velocidad de viento, etc.) que pueden ser utilizados por los Actores y por otras Fuentes.

 

Como se trata de realizar simulaciones en el tiempo, los parámetros de estas entidades pueden ir cambiando con el transcurso del tiempo. Incluso pueden aparecer o desaparecer entidades durante el horizonte temporal analizado. Para dar soporte a esta posibilidad de variación temporal de las entidades y sus parámetros, se implementa en SimSEE el concepto de Fichas de Parámetros Dinámicos. Como se verá se pueden definir diferentes conjuntos de Parámetros Dinámicos para cada tipo de entidad.

 

Para llevar adelante una simulación hay que crear los diferentes Actores que participarán de la misma y ubicarlos en una Sala de Juego (o simplemente Sala) que es el ambiente donde se desarrollará la simulación. Cada Sala es almacenada en un archivo con extensión “.ese” por defecto.

 

Las tres aplicaciones más importantes de la plataforma son el Editor de Salas “SimSEEEdit”, el optimizador/Simulador “SimSEESimulador” y el post-procesador de resultados “SimRes3”. Estás tres aplicaciones son referidas en forma abreviada como el Editor, el Simulador y el SimRes3 respectivamente.

El Editor permite agregar, quitar y modificar los Actores de una Sala en forma amigable y lanzar desde el mismo entorno la aplicación Simulador para realizar la simulación de la Sala y la aplicación “SimRes3” para post-procesar los resultados.

 

Dado que los sistemas considerados tienen procesos estocásticos (por ejemplo los aportes hidráulicos a las represas o el estado de rotura/reparación de las máquinas) que hacen que el resultado de la simulación sea en sí un proceso estocástico, en el simulador es posible simular muchas realizaciones de los procesos estocásticos (esto es “historias posibles”). A cada realización de los procesos estocásticos simulada se le llama Crónica simulada. Por ejemplo, si se simulan 10 años del sistema con un paso de tiempo diario, se podrá observar la potencia despachada por una central dada en una de las crónicas simuladas como una tira de 10 x 365 valores. Si se simulan 100 crónicas, se necesitará 100 tiras de 10 x 365 valores para representar la misma variable observada. A ese conjunto de valores que representan una magnitud, lo podemos pensar como una matriz, con el tiempo en las filas y las crónicas en las columnas. A esta representación de una magnitud se le llama en SimSEE “Variable Crónica” o CronVar en forma abreviada.

Para poder visualizar y realizar cálculos directamente con las CronVars, SimSEE tiene un post procesador de resultados crónicos que es la aplicación SimRes3. Esta aplicación es capaz de tomar los resultados de la simulación y manejarlos para realizar cálculos adicionales y presentarlos en gráficos y planillas de texto plano. El manual de la aplicación SimRes3 es objeto del Tomo IV de esta serie de manuales.

Podemos clasificar los Actores en: Actores de Red, Demandas, Generadores y Otros.

Los Actores de Red son Nodos y Arcos.

Los Nodos son lugares de conexión de actores. En todo intervalo temporal, la suma de las energías inyectadas (con el signo correspondiente) a un nodo debe sumar cero.

Los Arcos son conexiones direccionales entre los Nodos que permiten representar en forma sencilla límites de interconexión entre áreas del sistema.

Las Demandas representan las demandas de energía eléctrica. Son capaces de extraer energía del Nodo al que se conectan. Hay diferentes tipos de modelos de Demanda que permiten diferentes formas de representar cuestiones como la proyección en los años, la variabilidad diaria y horaria y los costos asociados a diferentes niveles de racionamiento.

Los Generadores representan las centrales generadoras. Son capaces de inyectar energía en el Nodo al que se conectan. Los principales modelos de actores-generadores incluidos en la plataforma son: centrales de generación hidroeléctrica con embalse y sin embalse, centrales de generación en base a combustibles fósiles, centrales de bombeo, parques eólicos, colectores termo-solares, interconexiones entre países y plantas de generación fotovoltaica.

En Otros actores se agrupan los modelos que no quedan comprendidos en los anteriores, como son modelos de Mercados Internacionales, Bancos de Batería, Modelos de Usos Gestionables de Energía, etc.

 

En el contexto de SimSEE, Operación Óptima es aquella que guía al sistema de forma tal de lograr abastecer la Demanda al menor Costo Futuro. La operación del sistema es un proceso continuo y podemos expresar lo anterior diciendo que El Organismo Encargado del Despacho (OED) del sistema debe, en cada instante, realizar la operación (despacho de los diferentes recursos) de forma tal de asegurar el menor valor esperado de la operación futura. Al existir en el sistema reservorios de energía (los embalses de las hidroeléctricas por ej.) el OED tiene la opción de utilizar la energía almacenable en el presente evitando otro uso, pero eliminando la posibilidad de usar dicha energía en el futuro (abarata el presente a costa del futuro) o a la inversa, decidir almacenar un recurso para su uso futuro incurriendo el costo de utilizar un recurso alternativo en el presente. Es esta competencia entre el costo del presente versus el valor esperado de la operación futura la que hace que el problema de resolver la política óptima de operación no sea tan trivial como simplemente despachar en todo instante los recursos de menor costo variable para cubrir la demanda.

 

Los costos en que incurre un sistema de generación eléctrica a efectos de abastecer su demanda se componen esencialmente de:

• Costos variables de operación de las centrales térmicas (combustible y variables de Operación y Mantenimiento).

• Costos de importación de energía menos los ingresos por exportación de energía.

• Costos de Racionamiento, definidos como los costos para la economía del país por el fallo en el suministro de la demanda (costo de falla).

El Costo Futuro del sistema, en paso de tiempo, es la sumatoria de los costos menos los ingresos antes mencionados desde el inicio del paso de tiempo dado hasta el final de los tiempos.

 

Al conjunto de reglas que permiten la operación del sistema se le llama Política de Operación (PO). En la práctica, ese conjunto de reglas implica dar un valor a los recursos almacenables que permiten comparar la conveniencia de usarlos o almacenarlos en cada instante. Dicha valorización de los recursos almacenables es variante en el tiempo y en el estado del sistema. La característica estocástica del sistema (roturas de máquinas, lluvias, viento, temperatura, etc.) hace que la PO sea una indicación válida estadísticamente, pero no hay certeza de que sea lo mejor cuando es observada a posteriori de que los eventos sucedan. Dicho de otra forma, si se mira hacia el pasado y se juzga una PO en base a la realidad (es decir con cuáles fueron las máquinas que realmente estuvieron disponibles, cuáles fueron las lluvias reales y la energía eólica disponible, etc.) seguramente se podrá encontrar una operación que se pudiera haber hecho mejor si se hubiera conocido con anticipación toda la información.

Resumiendo lo anterior, la operación óptima del sistema puede plantearse como un problema de optimización cuya función objetivo es minimizar en todo instante el valor esperado del costo de la operación futura, es decir, simplemente minimizar el Costo Futuro. Una vez resuelto el problema de optimización, se dispone de “La Política de Operación Óptima (POO)”.

 

En la simulación de la operación óptima de un sistema con SimSEE se pueden distinguir dos etapas: Optimización y Simulación. Durante la Optimización se resuelve el problema de encontrar “La Política Óptima de Operación (POO)”. Durante la Simulación se utiliza la POO para llevar adelante simulaciones de posibles realizaciones del conjunto de procesos estocásticos que afectan al sistema.

Una Simulación de una Sala puede ser de una o más Crónicas, y para ser ejecutada necesita que previamente se haya ejecutado la etapa de Optimización de la misma Sala. A la secuencia de etapas Optimización-Simulación se le llama una Corrida.

 

En la práctica, no es posible realizar ni la optimización ni la simulación para un horizonte de tiempo infinito (o hasta el final de los tiempos). Una aproximación es considerar un horizonte temporal lo suficientemente extenso como para poder suponer que la suma de costos considerada es representativa del Costo Futuro de operación. Normalmente se utiliza una tasa de descuento del dinero (12% anual por ejemplo), lo que a hace que el peso de los costos, en la integral para calcular el Costo Futuro, vaya decayendo exponencialmente con el tiempo y por tanto quita relevancia a extender el “tiempo final” considerado en valores donde el peso de la tasa de descuento hace irrelevante los costos.

El usuario debe fijar un horizonte de tiempo o intervalo de tiempo especificando Instante Inicial e Instante Final, tanto para la Optimización como para la Simulación.

 

A los efectos de realizar los cálculos en base a los modelos de la evolución del sistema, tanto para la optimización como para la simulación, el horizonte de tiempo se discretiza en Etapas o Pasos de Tiempo. En cada paso de tiempo, SimSEE calculará la evolución del sistema en base al estado inicial, la realización de los procesos estocásticos del paso (rotura de máquinas, caudales de aportes a las centrales hidroeléctricas, etc.) despachando los diferentes recursos para cumplir con el balance energético de cada Nodo del sistema ec.1 y minimizando el Costo Futuro.

 

ec.(1) Balance energético.

 

SimSEE tiene la posibilidad de trabajar con una sub-partición del Paso de Tiempo en Postes (también conocidos como Bandas Horarias). Esta sub-partición implica una clasificación de las horas del paso de tiempo en base a la demanda de potencia, agrupando las horas de mayor demanda en el primer Poste (Poste de Punta), las horas de menor demanda en el último poste (Poste de Valle) y distribuyendo el resto de las horas de acuerdo a su nivel en los respectivos postes.

El balance energético (ec.1) se verifica en cada uno de los postes del paso de tiempo. En el sistema eléctrico más que balance energético se debe cumplir el balance en potencias, es decir instante a instante. La solución de fijar un paso de tiempo y llevar el balance de potencia a energía es una simplificación. La división en postes permite fijar dentro del paso, postes lo suficientemente finos (de poca duración) a los efectos de que la restricción de balance de potencia quede bien representada por el balance energético. Por ejemplo, para simulaciones con paso semanal, el poste de punta se suele elegir de 4 horas de duración para representar la potencia del pico de los días hábiles. Si las restricciones de potencia deben ser fielmente representadas, el usuario deberá usar un paso de tiempo horario y un solo poste.

El usuario entonces debe especificar la cantidad de postes en los que desea sub-dividir el paso de tiempo y la duración de cada uno de los postes. La suma de las horas de los postes será la duración del paso de tiempo. Dentro de cada poste se suponen valores constantes de potencia de generación y de demanda.