Tese
Método para otimização múltipla e combinada de recursos em sistemas de distribuição
Autor
Resende, Diogo Soares
Institución
Resumen
This work presents an approach to the joint optimization of resources applied to three-phase and
unbalanced electrical distribution systems, focusing on the reconfiguration of feeders; allocation
and sizing of fixed capacitor banks; and allocation, sizing and adjustment of voltage regulators.
The model uses the modeling and simulation of the systems through the use of OpenDSS and
subsequent data processing with the use of MATLAB®. The work innovates by performing the
optimization of the three problems in a single method, using for this two distinct optimization
techniques, more appropriate to each of the two subproblems considered. In addition, it considers
objectives more appropriate to the reality of energy distributors than is commonly seen in the
literature, adopting for this a cost modeling compatible with the reality of the sector, allowing
the obtainment of constructive, technical and financially viable solutions for the application by
energy distributors in their systems. The first of the phases, based on a modified Branch and
Bound algorithm, is responsible for solving the reconfiguration problem, obtaining multiple
possible network configurations to be used in the second optimization phase, based on a
modified Genetic Algorithm and responsible for the allocation of capacitors and voltage
regulators. In this sense, different network alternatives provided by the first optimization process
are analyzed by the second process without convergence for situations with a single or reduced
possible network configurations. Both problems have slightly different objective functions, and
in both situations it is sought to maximize the profitability of the feeder through the
commercialization of electricity and with the realization of investments for the installation of
equipment aimed at improving the operating characteristics of the network. In order to reduce
subjectivity, common to conducting studies of this type, energy costs and standardized real
equipment for use in the area of operation of utilities, which includes a detailed modeling of the
composition of costs as a function of different powers and numbers of phases. Finally, techniques
are also proposed by this work that aim to optimize the use of temporal and computational
resources for the realization of studies, allowing the method to simulate different systems in
order to extract results of interest even with reduced hardware or time. Este trabalho apresenta uma abordagem para a otimização conjunta de recursos aplicada a
sistemas elétricos de distribuição trifásicos e desequilibrados, com foco na reconfiguração de
alimentadores; alocação e dimensionamento de bancos de capacitores fixos; e alocação,
dimensionamento e ajuste de reguladores de tensão. O modelo utiliza a modelagem e simulação
dos sistemas mediante a utilização do OpenDSS e posterior tratamento dos dados com a
utilização do MATLAB®. O trabalho inova por realizar a otimização dos três problemas em um
único método, utilizando para isso duas técnicas de otimização distintas, mais adequadas a cada
um dos dois subproblemas considerados. Além disso, considera objetivos mais adequados à
realidade das distribuidoras de energia do que é comumente visto na literatura, adotando para
isso uma modelagem de custos compatível com a realidade do setor, sendo útil para engenheiros
de planejamento por permitir a obtenção de soluções construtiva, técnica e financeiramente
viáveis para a aplicação pelas distribuidoras de energia em seus sistemas. A primeira fase do
método, baseada em um algoritmo modificado de Branch and Bound, é responsável pela solução
do problema de reconfiguração, sendo obtidas múltiplas configurações de rede possíveis a serem
utilizadas na segunda fase de otimização, a qual é baseada em um Algoritmo Genético
modificado e responsável pela alocação de capacitores e reguladores de tensão. Neste sentido,
diferentes alternativas de rede fornecidas pelo primeiro processo de otimização são analisadas
pelo segundo processo sem a convergência para situações com uma única ou reduzidas
configurações de rede possíveis. Ambos os problemas possuem funções objetivo ligeiramente
distintas, sendo nas duas situações buscada a maximização da rentabilidade do alimentador
mediante a comercialização de energia elétrica e com a realização de investimentos para a
instalação de equipamentos visando a melhoria das características de operação da rede. Com o
objetivo de reduzir a subjetividade, comum à realização de estudos do tipo, são utilizados custos
de energia e equipamentos reais padronizados para a utilização na área de atuação de empresas
do setor, o que inclui uma modelagem detalhada da composição de custos em função de
diferentes potências e números de fases. Por fim, também são propostas por este trabalho
técnicas que visam à otimização da utilização dos recursos temporais e computacionais para a
realização dos estudos, permitindo ao método a simulação de diferentes sistemas de modo a
extrair resultados de interesse ainda que com hardware ou tempo reduzidos.