Integración eficiente de generadores solares fotovoltaicos en redes DC monopolares a través de un modelo de optimización entero-mixto convexo

Fecha

Autor corporativo

Título de la revista

ISSN de la revista

Título del volumen

Editor

Compartir

Altmetric

Resumen

The problem regarding the optimal siting and sizing of photovoltaic (PV) generation units in electrical distribution networks with monopolar direct current (DC) operation technology was addressed in this research by proposing a two-stage convex optimization (TSCO) approach. In the first stage, the exact mixed-integer nonlinear programming (MINLP) formulation was relaxed via mixed-integer linear programming, defining the nodes where the PV generation units must be placed. In the second stage, the optimal power flow problem associated with PV sizing was solved by approximating the exact nonlinear component of the MINLP model into a second-order cone programming equivalent. The main contribution of this research is the use of two approximations to efficiently solve the studied problem, by taking advantage of convex optimization models. The numerical results in the monopolar DC version of the IEEE 33-bus grid demonstrate the effectiveness of the proposed approach when compared to multiple combinatorial optimization methods. Two evaluations were conducted, to confirm the efficiency of the proposed optimization model. The first evaluation considered the IEEE 33-bus grid without current limitations in all distribution branches, to later compare it to different metaheuristic approaches (discrete versions of the Chu and Beasley genetic algorithm, the vortex search algorithm, and the generalized normal distribution optimizer); the second simulation included the thermal current limits in the model’s optimization. The numerical results showed that when the maximum point power tracking was not regarded as a decisionmaking criterion, the expected annual investment and operating costs exhibited better performances, i.e., additional reductions of about USD 100,000 in the simulation cases compared to the scenarios involving maximum power point tracking.

Descripción

El problema relacionado con la ubicación y el dimensionamiento óptimos de las unidades de generación fotovoltaica (PV) en redes de distribución eléctrica con tecnología de operación de corriente continua (DC) monopolar se abordó en esta investigación proponiendo un enfoque de optimización convexa en dos etapas (TSCO). En la primera etapa, la formulación de la programación no lineal entera mixta exacta (MINLP) se relajó a través de la programación lineal entera mixta, definiendo los nodos donde se deben ubicar las unidades de generación fotovoltaica. En la segunda etapa, el problema de flujo de potencia óptimo asociado con el dimensionamiento de PV se resolvió aproximando el componente no lineal exacto del modelo MINLP en un equivalente de programación de cono de segundo orden. La principal contribución de esta investigación es el uso de dos aproximaciones para resolver eficientemente el problema estudiado, aprovechando los modelos de optimización convexos. Los resultados numéricos en la versión DC monopolar de la red de bus IEEE 33 demuestran la eficacia del enfoque propuesto en comparación con múltiples métodos de optimización combinatoria. Se realizaron dos evaluaciones para confirmar la eficiencia del modelo de optimización propuesto. La primera evaluación consideró la red de bus IEEE 33 sin limitaciones actuales en todas las ramas de distribución, para luego compararla con diferentes enfoques metaheurísticos (versiones discretas del algoritmo genético de Chu y Beasley, el algoritmo de búsqueda de vórtices y el optimizador de distribución normal generalizada); la segunda simulación incluyó los límites de corriente térmica en la optimización del modelo. Los resultados numéricos mostraron que cuando el seguimiento de la potencia máxima del punto no se consideró como criterio de toma de decisiones, la inversión anual esperada y los costos operativos exhibieron mejores desempeños, es decir, reducciones adicionales de alrededor de USD 100.000 en los casos de simulación en comparación con los escenarios que involucran el punto de máxima potencia. seguimiento.

Palabras clave

Minimización de costos operativos anuales, Enfoque de optimización en dos etapas, Optimización convexa de enteros mixtos, Generación fotovoltaica, Redes DC monopolares

Materias

Ingeniería Eléctrica -- Tesis y disertaciones académicas , Energías renovables , Optimización de sistemas eléctricos , Modelado y simulación de sistemas de potencia , Sistemas fotovoltaicos

Citación