Análisis y comparación de métodos multipunto Chebyshev–Halley para el cálculo del flujo de potencia en redes de corriente continua monopolares
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2026-07-19
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas
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Pico Díaz, José Daniel; Salazar Méndez, Sebastián (2026). Análisis y comparación de métodos multipunto Chebyshev–Halley para el cálculo del flujo de potencia en redes de corriente continua monopolares. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/103648
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Resumen
The increasing penetration of direct-current (DC) technologies in power transmission and distribution systems necessitates efficient and robust tools for steady-state analysis. This paper presents a comparative evaluation of the Chebyshev–Halley (CH) family of multipoint iterative methods against the classical Newton–Raphson (NR) method for power flow calculation in monopolar DC networks. Both methods were implemented in MATLAB and tested on four radial test systems of increasing complexity (10, 21, 33, and 69 nodes) under three distinct initialization scenarios: optimal (flat start), adverse (𝑉(0)=0.5 p.u.), and random (𝑉(0)∼𝒰[0.8,1.2] p.u.). Performance was assessed using key metrics including iteration count, CPU time, solution accuracy, and convergence failure rate. The results demonstrate that the cubic convergence of CH consistently reduces the number of iterations by one when compared to NR across all systems. However, this reduction does not translate into computational savings, as CH exhibits median CPU times 1.36 to 2.44 times higher than those of NR, given its higher cost per iteration, which involves solving two additional linear systems.
Descripción
La creciente penetración de las tecnologías de corriente continua (CC) en los sistemas de transmisión y distribución de energía requiere herramientas eficientes y robustas para el análisis del estado estable. Este artículo presenta una evaluación comparativa de la familia de métodos iterativos multipunto Chebyshev–Halley (CH) frente al método clásico Newton–Raphson (NR) para el cálculo del flujo de potencia en redes de CC monopolares. Ambos métodos se implementaron en MATLAB y se probaron en cuatro sistemas de prueba radiales de complejidad creciente (10, 21, 33 y 69 nodos) bajo tres escenarios de inicialización distintos: óptimo (inicio plano), adverso (V(0)=0,5 pu), y aleatorio (V(0)∼U[0,8,1.2] pu). El rendimiento se evaluó utilizando métricas clave que incluyen el recuento de iteraciones, el tiempo de CPU, la precisión de la solución y la tasa de fallas de convergencia. Los resultados demuestran que la convergencia cúbica de CH reduce consistentemente el número de iteraciones en una en comparación con NR en todos los sistemas. Sin embargo, esta reducción no se traduce en ahorros computacionales, ya que CH exhibe tiempos de CPU medianos entre 1,36 y 2,44 veces mayores que los de NR, dado su mayor costo por iteración, que implica resolver dos sistemas lineales adicionales.
