Modelo de Gestión Energética para Microrredes con Sistemas de Almacenamiento Híbrido: Planificación Diaria
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Date
2026-03-04
Authors
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Publisher
Universidad de Cuenca, Facultad de Ingeniería
Abstract
This work develops a bi-level Energy Management System (EMS) model aimed at coordinating the operation of microgrid (MG) resources across two time scales. The upper layer performs a 24-hour operational scheduling, with the objective of minimizing operating costs and setting energy setpoints for the available resources. The lower layer solves a 15-minute planning problem and aims to minimize deviations between the setpoints defined by the upper layer and the minute-by-minute dispatch. Model inputs include demand and solar irradiance time series, the latter being converted into photovoltaic generation (SPV). These variables are forecast using the Random Forest method. The mathematical formulation is posed as a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) problem. Model validation is carried out on the “Balzay” MG (CCTI-B), which integrates a photovoltaic system, a diesel generator, and a hybrid storage system composed of a Battery Energy Storage System (BESS) and a Supercapacitor (SC). Case studies with BESS and with BESS+SC integration are considered. The economic assessment is performed through simulations over a full month, yielding a net reduction in total monthly cost of 3.77% with BESS and 4.08% with BESS+SC, driven by the decrease in energy imported from the external grid. Overall, the bi-level approach integrates forecasting, optimization, and operational tracking, providing a consistent tool to technically and economically assess the coordination of renewable resources and storage in MGs.
Resumen
En este trabajo se desarrolla un modelo de gestión energética (EMS) bi-nivel orientado a coordinar la operación de los recursos de una microrred (MG) en dos escalas temporales. La capa superior realiza la planificación de la operación para 24 horas, con el objetivo de minimizar los costos operativos y definir las consignas energéticas de los recursos disponibles. La capa inferior resuelve una planificación de 15 minutos y tiene como propósito minimizar las desviaciones entre las consignas establecidas por la capa superior y el despacho ejecutado minuto a minuto. Como entradas del modelo se emplean series de demanda y radiación solar, esta última se transforman en generación fotovoltaica (SPV). Estas variables se pronostican utilizando el método Random Forest. La formulación matemática se plantea como un problema de programación lineal entera mixta (MILP). La validación del modelo se realiza en la MG “Balzay” (CCTI-B), que integra un sistema fotovoltaico, un generador diésel y un almacenamiento híbrido compuesto por sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y un supercapacitor (SC). Se plantean casos de estudio con integración de BESS y de BESS+SC. La evaluación económica se ejecuta mediante simulaciones para un mes completo, obteniéndose una reducción neta del costo total mensual de 3,77 % con BESS y de 4,08 % con BESS+SC, por la disminución de energía importada desde la red externa. En conjunto, el enfoque bi-nivel integra pronóstico, optimización y seguimiento operativo, constituyéndose en una herramienta consistente para evaluar técnica y económicamente la coordinación de recursos renovables y almacenamiento en MGs.
Keywords
Ingeniería Eléctrica, Sistema de gestión de energía, Almacenamiento hibrido, Microrred
Citation
Código de tesis
TM4; 2752
Código de tesis
Grado Académico
Magíster en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica con mención en Sistemas de Energía Eléctrica