Integrated generation- transmission expansion planning : a review of the state of the art

RESUMEN: En la última década, un gran número de trabajos de investigación han abordado el problema de la expansión de los sistemas de potencia, coordinando en un solo problema de optimización el planeamiento de expansión de la generación (GEP, Generation Expansion Planning) y el planeamiento de expansión de la transmisión (TEP, Transmission Expansion Planning). El GEP normalmente se lleva a cabo sin tener en cuenta las restricciones de red y desde una perspectiva energética. Por otro lado, el TEP busca encontrar los refuerzos en la red, que atiendan una demanda futura de forma económica y confiable. La integración de estos problemas ha sido abordada utilizando diferentes métodos, modelos y funciones objetivo. En este artículo se presenta una revisión bibliográfica del problema del planeamiento integrado GEP-TEP desde diferentes puntos de vista como su modelado, métodos de solución, consideraciones de confiabilidad, entre otros. En la literatura especializada se encuentran artículos de revisión que caracterizan de forma independiente los problemas GEP y TEP. Sin embargo, no se encuentran revisiones que aborden problema GEP-TEP integrado. Surge entonces la necesidad de caracterizar los aspectos del planeamiento de la expansión integrada de los sistemas de potencia, con el propósito de proporcionar herramientas de consulta para los investigadores en este campo.ABSTRACT: In the last decade a great number of research works have approached the power systems planning problem by coordinating in a single optimization problem the generation expansion planning (GEP) and the transmission expansion planning (TEP). GEP is usually carried out disregarding network constraints and under an energetic perspective. On the other hand, TEP aims to find network reinforcements that meet the expected demand in an economical and reliable way. The integration of these problems has been approached using different methods, models, and objective functions. This paper presents an exhaustive review of the integrated GEP-TEP problem from different points of view such as modeling, solving methods, reliability considerations, among others. There are review papers in the specialized literature that characterize the GEP and TEP problem independently. However, there are no reviews regarding the integrated GEP-TEP problem. So, it is needed to characterize aspects of the power systems integrated planning problem with the aim to provide consulting tools for researchers in this field

Planeamiento integrado de la expansión generación - transmision utilizando los indices nodales WTLR y los factores de distribución de potencia

RESUMEN: La optimización coordinada del Planeamiento de la Expansión de la Generación (PEG) y el Planeamiento de la Expansión de la Transmisión (PET) es un problema de alta complejidad en el planeamiento de los sistemas de potencia. Tradicionalmente, los problemas PEG y PET se han abordado de forma separada. En una primera etapa se realiza el PEG. Luego, considerando el resultado de la primera etapa se procede a realizar una segunda etapa donde se desarrolla el PET. Este abordaje puede generar restricciones operativas en algunos sistemas de potencia, debido a que es posible que se instale generación en zonas con pocas posibilidades de expansión en la red de transmisión. En este documento se presenta un modelo para el Planeamiento Integrado de la Expansión en Generación y Transmisión (PIEGT). La contribución principal de este trabajo consiste en la utilización de los índices nodales WTLR (Weighted Transmission Loading Relief) para la identificación de nuevos candidatos de expansión (líneas y generadores). El uso de estos índices no ha sido reportado previamente en modelos de PIEGT. Los índices WTLR están dados en función de los factores de distribución de potencia y permiten medir la severidad de las sobrecargas, tanto en operación normal, como en contingencia (criterio N-1). La aplicabilidad del modelo propuesto se evaluó en el sistema de prueba IEEE RTS de 24 barras y en el sistema de prueba Garver de 6 barras. El PIEGT se solucionó mediante la técnica metaheurística NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) teniendo como objetivos la minimización de costos y la maximización de la seguridad del sistema. La inclusión de generación como alternativa en la expansión reduce el número de líneas de transmisión necesarias del plan de expansión, especialmente cuando se tienen en cuenta criterios de seguridad. Adicionalmente, el algoritmo utilizado entrega un conjunto de soluciones sobre las cuales el planeador del sistema puede tomar decisiones de acuerdo a su presupuesto. Palabras clave: Planeamiento integrado de la generación y transmisión, factores de distribución, optimización multiobjetivo, NSGA-II, mercados eléctricos, métodos de optimización.ABSTRACT: Coordinated optimization between generation expansion planning (GEP) and transmission expansion planning (TEP) is a challenging problem in power system planning. Traditionally, the power systems expansion planning problem is performed separately. In the first step the PEG is performed. Then, considering the results of the first stage the PET is developed. This approach might lead to operative restrictions in some power systems, because generation may be installed in areas with little chance of expansion of the transmission network. This work presents a model for the integrated Transmission and Generation Expansion Planning (TGEP). The main contribution of this work lays in the use of the WTLR (Weighted Transmission Loading Relief) indexes for identifying new expansion candidates (lines and generators). The use of such indexes has not been previously reported in TGEP models. The WTLR indexes are given as a function of the distribution power factors and allow measuring the severity of overloads in normal conditions and under contingency (N-1 criterion). The applicability of the proposed model was tested in the IEEE RTS 24 bus power system and in the Garver 6 bus power system. The TGEP was solved by means of the NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) with the aim of minimizing costs and maximizing system security. The inclusion of generators as expansion alternatives reduces the number of necessary transmission lines in the expansion plan, especially when security criteria are taken into account. Furthermore, the developed algorithm provides a set of solutions over which the system planner can make decision in accordance with its budget