Sistema de gestión de energía para bancos de baterías en redes distribución activas empleando el algoritmo de optimización aritmética

Fecha

Autor corporativo

Título de la revista

ISSN de la revista

Título del volumen

Editor

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Compartir

Altmetric

Resumen

The issue of energy management in battery banks installed in active distribution networks, whether operating in isolation or connected to the grid, is the focus of this thesis. The goal is to improve financial, technical, and environmental indicators. To achieve this, a mathematical model was formulated with the objective functions of optimizing the network's operational costs, minimizing energy losses associated with energy transport, and reducing carbon dioxide (CO2) emissions related to energy generation. The mathematical model also considers a set of constraints involved in the operation of an active distribution network in an environment with distributed energy resources (battery storage systems and photovoltaic generators). A master-slave strategy was proposed as the solution methodology, combining the arithmetic optimization algorithm (AOA) and an hourly successive approximation power flow method (HSAPF). To create test scenarios, two test systems with 27 and 33 nodes documented in specialized literature were adapted to an isolated network and a distribution network connected to the local grid, using generation and demand data from an average day of operation in Capurganá-Chocó (Rural) and Medellín-Antioquia (Urban). Regarding distributed energy devices, the integration of three different types of lithium-ion batteries and three photovoltaic generators distributed across the electrical networks was considered. Additionally, the energy production costs and CO2 emissions from diesel fuel in Colombia and the local grid were determined, as well as the maintenance costs associated with the photovoltaic distributed generators and the batteries. To validate the effectiveness of the proposed method in terms of solution quality, repeatability, and processing times, three comparison methods (PPSO, PVSA and PALO) reported in the specialized literature were used to solve the problem addressed in this work. In the test networks studied, the proposed solution method achieved the best results in terms of solution quality, repeatability, and competitive processing times compared to the other methods.

Descripción

El problema de la gestión de la energía en bancos de baterías instalados en redes de distribución activas que operan de forma aislada o conectada a la red, es el problema que se estudia en este trabajo de grado, con el objetivo de mejorar indicadores financieros, técnicos y ambientales. Para ello se formuló un modelo matemático que propone como funciones objetivo la optimización de los costos operativos de la red, la minimización de las pérdidas de energía relacionadas al transporte de energía y la reducción de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) asociadas con la generación de energía. En el modelo matemático también considera un conjunto de restricciones involucradas en la operación de una red de distribución activa en un entorno con recursos energéticos distribuidos (sistemas de almacenamiento en baterías y generadores fotovoltaicos). Se propuso como metodología de solución una estrategia maestro-esclavo que combina el algoritmo de optimización aritmética (AOA) y un método de flujo de potencia por hora basado en aproximaciones sucesivas (HSAPF). Para crear los escenarios de prueba se adaptaron dos sistemas de prueba de 27 y 33 nodos documentados en la literatura especializada adaptados a una red aislada y otra red de distribución conectada a la red local, utilizando datos de generación demanda de un día promedio de operación en Capurganá-Chocó (Rural) y Medellín-Antioquia (Urbana). En relación a los dispositivos de energía distribuida, se consideró la integración de tres baterías de iones de litio de diferentes tipos y tres generadores fotovoltaicos distribuidos a las redes eléctricas. Adicionalmente, se determinaron los costos de producción de energía y emisiones de CO2 del combustible diésel en Colombia y de la red local, así como los costos de mantenimiento asociados a los GD fotovoltaicos y a las baterías. Con el propósito de validar la efectividad del método propuesto en términos de solución, repetibilidad y tiempos de procesamiento, se emplearon tres métodos de comparación (PPSO, PVSA y PALO) reportados en la literatura especializada para resolver el problema abordado en este trabajo. En las redes de prueba objeto de estudio, el método de solución propuesto logró los mejores resultados en términos de calidad de la solución, repetibilidad y en cuanto al tiempo de procesamiento su resultado fue competitivo con el de los demás métodos.

Palabras clave

Algoritmo de optimización aritmética, Técnicas de optimización, Sistemas de almacenamiento de baterías, Optimización de costos de energía, Minimización de pérdidas de energía, Reducción del impacto ambiental

Materias

Ingeniería Eléctrica -- Tesis y disertaciones académicas , Gestión de energía en bancos de baterías , Optimización de redes de distribución activas , Reducción de emisiones de CO2 en generación de energía , Integración de sistemas de almacenamiento y generadores fotovoltaicos

Citación