Author(s): Miranda, Maria Helena Rodrigues Lorga Nunes de
Date: 2017
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/11674
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Decomposição de Benders; Operação e reconfiguração da rede de distribuição; OP-Intel; Redes de distribuição; Self-Healing; Smart Grid; Trânsito de potências ótimo; Benders Decomposition; Distribution networks; Operation and reconfiguration of distribution network; Optimal Power Flow
Os Sistemas Elétricos de Energia têm sentido algumas transformações provenientes da alteração dos consumos e da utilização feita nas infraestruturas que contemplam as redes elétricas nacionais. Assim, alguns fatores têm vindo integrar o desafio constante no setor elétrico como o crescente aumento da carga, a utilização de fontes de energias renováveis, a inserção da produção distribuída, a liberalização do setor elétrico, bem como as tendências futuras, por exemplo a massificação dos veículos elétricos. Neste sentido, as redes de distribuição atuais encontram-se em mudança e a evoluir para redes que se querem mais controláveis e de ação mais rápida, sendo então criado o conceito de Smart Grid que permite efetuar o controlo das redes de forma mais inteligente e eficiente face às redes tradicionais. A otimização na operação e reconfiguração das redes de distribuição em média tensão é fundamental para a garantia da satisfação de todos os requisitos técnico-económicos. O equilíbrio entre a oferta e a procura é fulcral para uma boa utilização das redes e, por isso, o desenvolvimento de ferramentas que permitam otimizar essa atividade ganha extrema relevância. O problema da operação e reconfiguração das redes de distribuição em média tensão tem sido alvo de inúmeros estudos que contribuem para o seu desenvolvimento, e nesta issertação, o problema é formulado com as não linearidades respeitantes ao seu tratamento matemático, com recurso a técnicas de otimização determinísticas, no contexto de Smart Grid com elevada penetração de produção distribuída, até hoje ainda pouco explorada. Desta forma, são apresentados os métodos de otimização e modelização, assim como todo o conjunto de restrições técnicas inerentes à exploração, operação e reconfiguração da rede de distribuição. Dada a complexidade do problema, este é decomposto em dois subproblemas, preconizando a obtenção da solução ótima em tempo útil, através da Decomposição de Benders. Os resultados apresentados, considerando a função objetivo e as respetivas restrições, refletem a aplicação da metodologia adotada para a operação e reconfiguração das duas redes distintas testadas, em situações de contingência, que poderá ser aplicada em qualquer rede e distribuição, independentemente da sua grandeza e topologia. Esta dissertação dá continuidade a trabalhos já desenvolvidos na área da operação e reconfiguração das redes de distribuição em média tensão e tem como principais contributos trazer conceitos inovadores, desde a vasta introdução de produção distribuída como a inserção de novas tecnologias, nomeadamente os parques destinados a carregamentos de veículos elétricos, bem como a introdução de sistemas de armazenamento de energia na rede. Recorrendo a técnicas de otimização determinísticas, esta metodologia minimiza os custos totais de operação bem como mantém a qualidade de serviço e preserva a segurança associada à operação e reconfiguração das redes de distribuição. Assim, foi criada uma ferramenta que, em tempo útil, permite obter os resultados para a peração e reconfiguração da rede de distribuição de forma ótima. Esta ferramenta tem o nome de OP-Intel e, pela análise de resultados, comprova-se a adequação e robustez da OPIntel, que, com o baixo tempo de processamento, poderá vir a integrar softwares de apoio à decisão na operação das redes de distribuição em média tensão.
The Electric Power Systems have been experiencing some transformations resulted from changes in consumption and utilization of the infrastructures that include the national electricity networks. Thus, some factors have been integrating the constant challenge in the electric sector, such as the increasing load, the use of renewable energy sources, the penetration of distributed generation, the liberalization of the electric sector, as well as future rends, for instance the massification of electric vehicles. Therefore, the current distribution etworks are changing and evolving to networks that are more controllable and with quicker action, creating the concept of Smart Grid that allows to control networks more intelligently nd efficiently than traditional networks. Optimization in the operation and reconfiguration of the medium voltage distribution networks is fundamental to guarantee the satisfaction of all technical-economic equirements. The balance between supply and demand is crucial for a good use of the networks and, consequently, the development of tools to optimize this activity is extremely relevant. The problem of the distribution networks operation and reconfiguration has been the subject f several studies that contribute to its development. In this dissertation, the problem is formulated with the nonlinearities related to its mathematical treatment using deterministic optimization techniques, in the Smart Grid context with a high penetration of distributed generation, until now still low explored. In this way, the optimization and modeling methods are presented, as well as the set of technical constraints inherent to the exploration, operation and reconfiguration of the distribution network. Due to the complexity of the problem, it was necessary to decompose it into two sub-problems, trying to get the optimal solution in useful time through the Benders Decomposition. The results presented, considering the objective function and the corresponding constraints, reflect the application of the methodology adopted for the operation and reconfiguration of two distinct networks in contingency situations, that can be applied in any distribution etwork, regardless of their size or topology. This dissertation continues work already developed in the area of operation and reconfiguration of medium voltage distribution networks and has as main contributions to bring innovative concepts, from the massive penetration of distributed generation as the insertion of new technologies, specifically the parks for loading of electric vehicles, as well s the introduction of energy storage systems in the networks. Using deterministic ptimization techniques, this method minimizes the total costs of operation as well as keep the quality of service and preserve the safety associated with the operation and reconfiguration of the distribution networks. Thus, a tool was created that, in a useful time, allows to do the operation and reconfiguration of the distribution network with the optimum results. This tool is named OP-Intel and, based on analysis of results, it was proven the suitability and robustness of the OP-Intel, which with the low processing time, can integrate decision support software in the operation of medium voltage distribution networks.
