Compensación óptima de potencia reactiva con D-STATCOMs en sistemas de distribución empleando el algortimo de distribución normal generalizada

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Resumen

This research deals with the problem regarding the optimal siting and sizing of distribution static compensators (D-STATCOMs) via the application of a master–slave optimization technique. The master stage determines the nodes where the D-STATCOMs must be located and their nominal rates by applying the generalized normal distribution optimizer (GNDO) with a discrete–continuous codification. In the slave stage, the successive approximations power flow method is implemented in order to establish the technical feasibility of the solution provided by the master stage, i.e., voltage regulation and device capabilities, among other features. The main goal of the proposed master–slave optimizer is to minimize the expected annual operating costs of the distribution grid, which includes the energy loss and investment costs of the D-STATCOMs. With the purpose of improving the effectiveness of reactive power compensation during the daily operation of the distribution grid, an optimal reactive power flow (ORPF) approach is used that considers the nodes where D-STATCOMs are located as inputs in order to obtain their daily expected dynamical behavior with regard to reactive power injection to obtain additional net profits. The GNDO approach and the power flow method are implemented in the MATLAB programming environment, and the ORPF approach is implemented in the GAMS software using a test feeder comprising 33 nodes with both radial and meshed configurations. A complete comparative analysis with the Salp Swarm Algorithm is presented in order to demonstrate the effectiveness of the proposed two-stage optimization approach in the fixed operation scenario regarding the final objective function values. In addition, different tests considering the possibility of hourly power injection using D-STATCOMs through the ORPF solution demonstrate that additional gains can be obtained in the expected annual operative costs of the grid.

Descripción

Esta investigación aborda el problema de la ubicación y el dimensionamiento óptimos de los compensadores estáticos de distribución (D-STATCOM) mediante la aplicación de una técnica de optimización maestro-esclavo. La etapa maestra determina los nodos donde se deben ubicar los D-STATCOM y sus tasas nominales aplicando el optimizador de distribución normal generalizada (GNDO) con una codificación discreta-continua. En la etapa esclava se implementa el método de flujo de potencia de aproximaciones sucesivas con el fin de establecer la factibilidad técnica de la solución brindada por la etapa maestra, es decir, regulación de voltaje y capacidades del dispositivo, entre otras características. El objetivo principal del optimizador maestro-esclavo propuesto es minimizar los costos operativos anuales esperados de la red de distribución, que incluye la pérdida de energía y los costos de inversión de los D-STATCOM. Con el fin de mejorar la efectividad de la compensación de potencia reactiva durante la operación diaria de la red de distribución, se utiliza un enfoque de flujo de potencia reactiva óptimo (ORPF) que considera como entradas los nodos donde se ubican los D-STATCOM para obtener su rendimiento esperado diario. comportamiento dinámico con respecto a la inyección de potencia reactiva para obtener beneficios netos adicionales. El enfoque GNDO y el método de flujo de potencia se implementan en el entorno de programación MATLAB, y el enfoque ORPF se implementa en el software GAMS utilizando un alimentador de prueba que comprende 33 nodos con configuraciones tanto radiales como en malla. Se presenta un análisis comparativo completo con el algoritmo Salp Swarm para demostrar la efectividad del enfoque de optimización de dos etapas propuesto en el escenario de operación fija con respecto a los valores finales de la función objetivo. Además, diferentes pruebas que consideran la posibilidad de inyección de potencia horaria utilizando D-STATCOM a través de la solución ORPF demuestran que se pueden obtener ganancias adicionales en los costos operativos anuales esperados de la red.

Palabras clave

Flujo de potencia reactiva óptimo, Compensadores estáticos de distribución, Redes de distribución radiales y malladas, Minimización de costos operativos anuales, Optimizador de distribución normal generalizada

Materias

Ingeniería Eléctrica -- Tesis y disertaciones académicas , Compensadores estáticos de distribución (D-STATCOM) , Optimización maestro-esclavo , Flujo de potencia reactiva óptimo (ORPF) , Algoritmo salp swarm

Citación