Selección e integración óptima de baterías y fuentes renovables en sistemas de distribución DC a través de una formulación entera-mixta convexa.
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2022-09-30
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Basto Gil, Jerson Daniel; Maldonado Cárdenas, Ángel David (2022). Selección e integración óptima de baterías y fuentes renovables en sistemas de distribución DC a través de una formulación entera-mixta convexa.. https://hdl.handle.net/11349/35526
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Resumen
The problem concerning the optimal placement and sizing of renewable energy resources
and battery energy storage systems in electrical DC distribution networks is addressed in this research
by proposing a new mathematical formulation. The exact mixed-integer nonlinear programming
(MINLP) model is transformed into a mixed-integer convex model using McCormick envelopes
regarding the product between two positive variables. Convex theory allows ensuring that the global
optimum is found due to the linear equivalent structure of the solution space and the quadratic
structure of the objective function when all the binary variables are defined. Numerical results in the
21-bus system demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed solution methodology
when compared to the solution reached by solving the exact MINLP model. Numerical results
showed that the simultaneous allocation of batteries and renewable energy resources allows for the
best improvements in the daily operating costs, i.e., about 53.29% with respect to the benchmark case
of the 21-bus grid, followed by the scenario where the renewable energy resources are reallocated
while considering a fixed location for the batteries, with an improvement of 43.33%. In addition, the
main result is that the difference between the exact modeling and the proposed formulation regarding
the final objective function was less than 3.90% for all the simulation cases, which demonstrated
the effectiveness of the proposed approach for operating distributed energy resources in monopolar
DC networks.
Descripción
En esta investigación se aborda el problema relacionado con la ubicación y el dimensionamiento óptimos de los recursos de energía renovable y los sistemas de almacenamiento de energía en baterías en las redes eléctricas de distribución de CC proponiendo una nueva formulación matemática. El modelo exacto de programación no lineal de enteros mixtos (MINLP) se transforma en un modelo convexo de enteros mixtos utilizando envolventes de McCormick con respecto al producto entre dos variables positivas. La teoría convexa permite asegurar que se encuentre el óptimo global debido a la estructura lineal equivalente del espacio de solución y la estructura cuadrática de la función objetivo cuando se definen todas las variables binarias. Los resultados numéricos en el sistema de 21 autobuses demuestran la efectividad y robustez de la metodología de solución propuesta en comparación con la solución alcanzada al resolver el modelo MINLP exacto. Los resultados numéricos mostraron que la asignación simultánea de baterías y recursos de energía renovable permite las mejores mejoras en los costos operativos diarios, es decir, alrededor del 53,29% con respecto al caso de referencia de la red de 21 autobuses, seguido por el escenario donde la energía renovable Se reasignan recursos considerando una ubicación fija para las baterías, con una mejora del 43,33%. Además, el resultado principal es que la diferencia entre el modelado exacto y la formulación propuesta con respecto a la función objetivo final fue inferior al 3,90% para todos los casos de simulación, lo que demostró la efectividad del enfoque propuesto para operar recursos energéticos distribuidos en CC monopolares. redes.