Compensación de potencia reactiva en redes de distribución de media tensión con condensadores conmutados por tiristores considerando perfiles de demanda variable mediante el algoritmo de búsqueda del águila calva

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This research document addresses the challenge of reactive power compensation in electrical distribution networks from a metaheuristic optimization perspective. A discrete-continuous version of the bald eagle search (BES) algorithm is used to optimize the placement and sizing of thyristor switched capacitors (TSCs). The proposed approach employs a discrete-continuous encoding of the solution vector, where the discrete part determines the nodes for the installation of the TSCs, while the continuous part defines their appropriate sizes. A key advantage of this encoding is that the mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model, which represents the optimal placement and sizing problem of the TSCs, only requires a classical power flow method to evaluate the objective function. This simplifies its implementation in any available programming language. The objective function seeks to minimize the total costs of power losses in the network and the annualized investment costs in TSCs. In addition, to account for daily load variations, active and reactive power demand curves are incorporated into the optimization model. The numerical results obtained on two test radial feeders, with 33 and 69 buses, demonstrate that the proposed BES can solve the MINLP model with excellent results, comparable or even better than the MINLP solvers available in GAMS software. All tests were carried out in the MATLAB software programming environment, taking advantage of its potential and flexibility. This approach offers an effective and efficient solution to address the problem of reactive power compensation in electrical distribution networks.

Descripción

Este trabajo de grado aborda el desafío de la compensación de potencia reactiva en redes de distribución eléctrica desde una perspectiva de optimización metaheurística. Se utiliza una versión discreta-continua del algoritmo de búsqueda del águila calva para optimizar la ubicación y dimensionamiento de condensadores conmutados por tiristores (TSCs, por sus siglas en inglés). El enfoque propuesto emplea una codificación discreta-continua del vector solución, donde la parte discreta determina los nodos para la instalación de los TSCs, mientras que la parte continua define sus tamaños adecuados. Una ventaja clave de esta codificación es que el modelo de programación no lineal entero mixto (MINLP, por sus siglas en inglés), que representa el problema de ubicación y dimensionamiento óptimos de los TSCs, solo requiere un método clásico de flujo de potencia para evaluar la función objetivo. Esto simplifica su implementación en cualquier lenguaje de programación. La función objetivo busca minimizar los costos totales de pérdidas de potencia en la red y los costos de inversión anualizados en los TSCs. Además, para tener en cuenta las variaciones diarias de carga, se incorporan las curvas de demanda de potencia activa y reactiva al modelo de optimización. Los resultados numéricos obtenidos en dos alimentadores radiales de prueba, con 33 y 69 buses, demuestran que el algoritmo de optimización propuesto puede resolver el modelo MINLP con excelentes resultados, comparables o incluso mejores que los solucionadores para problemas de tipo MINLP disponibles en el software GAMS. Todas las pruebas se llevaron a cabo en el entorno de programación del software MATLAB, aprovechando su potencial y flexibilidad. Este enfoque ofrece una solución efectiva y eficiente para abordar el problema de la compensación de potencia reactiva en redes de distribución eléctrica.

Palabras clave

Compensación de potencia reactiva, Redes de distribución de media tensión, Condensadores conmutados por tiristores (TSC), Algoritmos bioinspirados, Optimización metaheurística, Algoritmo de búsqueda del águila calva

Materias

Ingeniería Eléctrica -- Tesis y disertaciones académicas , Compensación de potencia reactiva , Redes de distribución de energía eléctrica , Algoritmos de optimización

Citación