Optimización multiobjetivo para el despacho económico y ambiental en redes dc: una reformulación convexa a través de una aproximación cónica

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This work addresses the economic-environmental dispatch problem in a DC power grid with thermoelectric and photovoltaic generation. A multi-objective optimization model is proposed to minimize both fuel costs and CO emissions from thermoelectric plants, considering operational constraints such as power balance, voltage limits, generation bounds, and thermal current limits. Due to the non-convex nature of the original power balance equations, the model is reformulated into a convex structure using a conic relaxation approach based on Second-Order Cone Programming (SOCP), introducing auxiliary variables to linearize quadratic terms. This ensures global optimality and computational tractability. The study involves two test systems: a 6-node DC grid with three generators and three loads, and an 11-node system with additional photovoltaic generators operating under a daily solar profile. The inclusion of renewable generation significantly reduces both costs and emissions. The optimization model is implemented in GAMS Studio, while the convex reformulation is validated in MATLAB using the CVX toolbox. Results confirm the effectiveness of the proposed methodology and highlight the potential of SOCP-based modeling and renewable integration to enhance efficiency and sustainability in DC grids.

Descripción

Este trabajo aborda el problema de despacho económico-ambiental en una red eléctrica de corriente continua (DC) con generación termoeléctrica y fotovoltaica. Se propone un modelo de optimización multiobjetivo orientado a minimizar tanto los costos de combustible como las emisiones de CO asociadas a plantas térmicas, considerando restricciones operativas como el balance de potencia, límites de voltaje, capacidades de generación y límites térmicos de corriente en los conductores. Dado que las ecuaciones originales de balance de potencia son no convexas, se realiza una reformulación convexa mediante una técnica de relajación cónica basada en Programación con Conos de Segundo Orden (SOCP), introduciendo variables auxiliares que permiten linealizar los términos cuadráticos. Esto garantiza una formulación convexa capaz de ofrecer soluciones globalmente óptimas con eficiencia computacional. El estudio se desarrolla sobre dos sistemas de prueba: una red DC de 6 nodos con tres generadores y tres cargas, y otro sistema de 11 nodos que incorpora generación fotovoltaica bajo un perfil diario de radiación solar. La inclusión de generación renovable permite reducir significativamente tanto los costos como las emisiones. El modelo se implementa en GAMS Studio, y la validación de la reformulación convexa se realiza en MATLAB mediante la herramienta CVX. Los resultados confirman la eficacia del enfoque propuesto y destacan el potencial de la integración renovable y las técnicas basadas en SOCP para mejorar la eficiencia y sostenibilidad de las redes en DC.

Palabras clave

Optimización multiobjetivo, Despacho económico-ambiental, Redes DC, Reformulación convexa, Relajación cónica, Generación fotovoltaica

Materias

Ingeniería Electrónica -- Tesis y disertaciones académicas

Citación