Integración eficiente de compensadores de potencia reactiva basados en bancos de condensadores para la minimización de los costos de inversión y operación en sistemas de distribución de media tensión.
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2024-04-24
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Colaboradores
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Altmetric
Descripción
Los sistemas de distribución de media tensión presentan un gran problema, el cual corresponde a las pérdidas económicas a causa de la potencia reactiva, una solución es la implementación de sistemas de compensación basados en bancos de condensadores de paso fijo. Para lograr su eficiente dimensionamiento y ubicación óptima, se plantea una función objetivo, la cual minimiza el valor presente neto de los costos de instalación, operación, mantenimiento y pérdidas de energía en la red, teniendo en cuenta las restricciones técnicas y operativas para un correcto funcionamiento del sistema.
Para resolver esta problemática se utiliza el algoritmo metaheurístico manada de caballos salvajes, desarrollado en el software MATLAB. Este algoritmo se basa en el comportamiento de los caballos salvajes no territoriales, teniendo en cuenta cuatro conductas principales que corresponden al pastoreo, apareamiento, liderazgo de grupo e intercambio y selección de líderes. Para evaluar las pérdidas en cada una de las iteraciones se utiliza el método de aproximaciones sucesivas y se emplean los sistemas de prueba de 33 y 69 nodos del IEEE. Teniendo en cuenta una curva típica de demanda variable con intervalos de media hora y 48 periodos para un día de operación de la red, esto permite tener un mejor acercamiento a un comportamiento real de un sistema de distribución al realizar una variación con respecto a la potencia máxima en cada periodo.
Con el fin de realizar una comparativa se desarrollan pruebas en dos escenarios principales los cuales consisten en desarrollar un caso base sin la implementación de ningún dispositivo de compensación para el sistema y así obtener el valor de la función objetivo. Posteriormente, se efectúa el otro escenario, donde se evalúa el sistema con la instalación de 1,2,3,4 y 5 bancos de condensadores, determinado en cúal de los casos se minimiza las pérdidas económicas y los costos asociados a los bancos de condensadores.
Finalmente, se realiza una comparativa con la literatura especializada a fin de validar la eficacia del algoritmo propuesto en esta investigación, obteniendo resultados favorables que enriquecen el estado del arte de esta problemática y se demuestra que el algoritmo manada de caballos salvajes se ajusta adecuadamente a la solución de problemas relacionados al campo de la ingeniería eléctrica, abriendo la posibilidad de realizar nuevos estudios con dicho algoritmo.
Resumen
Medium voltage distribution systems present a major problem, which corresponds to economic losses due to reactive power; one solution is the implementation of compensation systems based on fixed pitch capacitor banks. To achieve its efficient sizing and optimal location, an objective function is proposed, which minimizes the net present value of the costs of installation, operation, maintenance and energy losses in the network, taking into account the technical and operational restrictions for a correct system operation.
To solve this problem, the herd of wild horses metaheuristic algorithm is used, developed in the MATLAB software. This algorithm is based on the behavior of non-territorial wild horses, taking into account four main behaviors that correspond to herding, mating, group leadership, and leader exchange and selection. To evaluate the losses in each of the iterations, the method of successive approximations is used and the IEEE 33- and 69-node test systems are used. Taking into account a typical variable demand curve with half-hour intervals and 48 periods for a day of network operation, this allows us to have a better approach to the real behavior of a distribution system when making a variation with respect to the power. maximum in each period.
In order to make a comparison, tests are developed in two main scenarios which consist of developing a base case without the implementation of any compensation device for the system and thus obtaining the value of the objective function. Subsequently, the other scenario is carried out, where the system is evaluated with the installation of 1,2,3,4 and 5 banks of capacitors, determining in which of the cases the economic losses and costs associated with the capacitor banks are minimized. .
Finally, a comparison is made with the specialized literature in order to validate the effectiveness of the algorithm proposed in this research, obtaining favorable results that enrich the state of the art of this problem and it is demonstrated that the wild horse herd algorithm adequately adjusts to the solution of problems related to the field of electrical engineering, opening the possibility of carrying out new studies with said algorithm.
Palabras clave
Banco de condensadores, Algoritmo metaheurístico, Compensación de potencia reactiva, Factor de potencia, Sistemas de distribución