Reducción de costos operativos en sistemas eléctricos de potencia mediante la conmutación de líneas de transmisión usando una estrategia heurística

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

Electric power networks face new challenges due to growing demand, the expansion of interconnection between power systems, and transmission infrastructure constraints, which can lead to line congestion, energy losses, and increased operational costs. To address these issues, this document proposes transmission line switching as a strategy to reduce operational costs and improve system efficiency by strategically disconnecting certain lines to optimize power flow. This approach is formulated as an optimal power flow problem with binary variables and is solved using mixed-integer nonlinear programming. To evaluate its feasibility and effectiveness, power systems with 5, 118, and 3374 buses were analyzed using MATPOWER in MATLAB, demonstrating that this methodology enables power supply redistribution while respecting operational limits and reducing costs. In the 5-bus system, disconnecting Line 6 reduced costs by 13.61%; in the 118-bus system, disconnecting Line 104 led to a 0.0433% reduction; and in the 3374-bus system, disconnecting Line 1116 resulted in a 0.0729% decrease, representing a significant absolute savings due to the system's scale.

Descripción

Las redes eléctricas enfrentan nuevos desafíos debido al crecimiento de la demanda, la expansión de la interconexión entre sistemas de potencia y las restricciones en la infraestructura de transmisión, lo que puede generar congestión en las líneas, pérdidas de energía y sobrecostos operativos. Para abordar estos problemas, en este documento se plantea la conmutación de líneas de transmisión como una estrategia para reducir los costos operativos y mejorar la eficiencia del sistema mediante la desconexión estratégica de ciertas líneas para optimizar el flujo de potencia. Este enfoque se formula como un problema de flujo óptimo de potencia con variables binarias y se resuelve mediante programación entera mixta no lineal. Para evaluar su viabilidad y eficacia, se analizaron sistemas de 5, 118 y 3374 nodos utilizando MATPOWER en MATLAB, demostrando que esta metodología permite redistribuir el suministro de potencia respetando los límites operativos y reduciendo costos. En el sistema de 5 nodos, la desconexión de la Línea 6 redujo los costos en un 13.61%, en el sistema de 118 nodos la desconexión de la Línea 104 permitió una reducción del 0.0433%, y en el sistema de 3374 nodos la desconexión de la Línea 1116 resultó en una disminución del 0.0729%, representando un ahorro significativo en términos absolutos debido a la magnitud del sistema.

Palabras clave

Conmutación de líneas de transmisión, Flujo óptimo de potencia, Reducción de costos operativos, Programación entera mixta no lineal, Congestión en líneas de transmisión

Materias

Ingeniería Eléctrica -- Tesis y Disertaciones Académicas , Conmutación (Telecomunicaciones) , Líneas telefónicas -- Mantenimiento y reparación. , Sistemas de transmisión de datos , Telecomunicaciones , Matlab -- Programa de computadoras -- Comunicaciones

Citación