Metodología Multiobjetivo para el Planeamiento de la Expansión de la Transmisión considerando Incertidumbres en la Generación Eólica y la Demanda

Introduction: This paper presents a multi-objective methodology applied to the Transmission Expansion Planning problem when demand and large wind generation uncertainties are considered. Objective: Obtain robust expansion plans that minimize investment costs and maximize the use of the wind resource, considering its uncertainty and the demand influences. Method: The proposed methodology is based on Reduced Scenario Methodology to represent these uncertainties. The proposed methodology considers the DC model of the network, the obtained expansion plans that minimize the investment, the load shedding and the wind generation curtailment, in its formulation. To obtain the multi-objective algorithm, used to minimize expansion costs and wind power curtailment, an enhanced NSGA-II and a set of Pareto optimal expansion plans were implemented. Results:  The expansion plans performances were evaluated and compared with previous work, in order to demonstrate the proposed approach robustness. All tests were carried out on Garver and the IEEE 24-bus RTS systems. Conclusions: Observing the number of times that the expansion plan takes to zero the load cut and the wasted wind energy, with respect to a value established in this paper, the proposed methodology has a performance index higher than 75,16% for the Garver system and 98,97% for the IEEE system of 24 nodes.Introducción: En este documento se presenta una metodología multiobjetivo aplicada al problema del Planeamiento de la Expansión de la Transmisión (PET) cuando se consideran las incertidumbres en la demanda y la generación eólica. Objetivo: Obtener planes de expansión robustos que minimicen los costos de inversión y maximicen el uso del recurso eólico, teniendo en cuenta su incertidumbre y la introducida por la demanda. Metodología: La metodología propuesta se basa en la Metodología de Escenario Reducido para representar estas incertidumbres. En la formulación de la metodología se consideraron: el modelo de red en DC, los planes de expansión que minimizan la inversión, la reducción en la carga y la generación eólica. Para obtener el algoritmo multiobjetivo, utilizado para minimizar los costos de expansión y la reducción de la energía eólica, se implementó un NSGA-II mejorado y un conjunto de planes óptimos de expansión de Pareto. Resultados: Se presenta el desempeño de los planes de expansión, los cuales fueron evaluados y comparados con trabajos anteriores para demostrar la solidez del enfoque propuesto. Todas las pruebas se realizaron en los sistemas Garver e IEEE de 24 nodos. Conclusiones: Al observar el número de veces que el plan de expansión lleva a cero el corte de carga y la energía eólica desperdiciada, con respecto a un valor establecido en este trabajo, se tiene que la metodología propuesta presenta un índice de rendimiento superior al 75,16% para el sistema Garver y al 98,97% para el sistema IEEE de 24 nodos

Metodología Multiobjetivo para el Planeamiento de la Expansión de la Transmisión considerando Incertidumbres en la Generación Eólica y la Demanda

Introduction: This paper presents a multi-objective methodology applied to the Transmission Expansion Planning problem when demand and large wind generation uncertainties are considered. Objective: Obtain robust expansion plans that minimize investment costs and maximize the use of the wind resource, considering its uncertainty and the demand influences. Method: The proposed methodology is based on Reduced Scenario Methodology to represent these uncertainties. The proposed methodology considers the DC model of the network, the obtained expansion plans that minimize the investment, the load shedding and the wind generation curtailment, in its formulation. To obtain the multi-objective algorithm, used to minimize expansion costs and wind power curtailment, an enhanced NSGA-II and a set of Pareto optimal expansion plans were implemented. Results:  The expansion plans performances were evaluated and compared with previous work, in order to demonstrate the proposed approach robustness. All tests were carried out on Garver and the IEEE 24-bus RTS systems. Conclusions: Observing the number of times that the expansion plan takes to zero the load cut and the wasted wind energy, with respect to a value established in this paper, the proposed methodology has a performance index higher than 75,16% for the Garver system and 98,97% for the IEEE system of 24 nodes.Introducción: En este documento se presenta una metodología multiobjetivo aplicada al problema del Planeamiento de la Expansión de la Transmisión (PET) cuando se consideran las incertidumbres en la demanda y la generación eólica. Objetivo: Obtener planes de expansión robustos que minimicen los costos de inversión y maximicen el uso del recurso eólico, teniendo en cuenta su incertidumbre y la introducida por la demanda. Metodología: La metodología propuesta se basa en la Metodología de Escenario Reducido para representar estas incertidumbres. En la formulación de la metodología se consideraron: el modelo de red en DC, los planes de expansión que minimizan la inversión, la reducción en la carga y la generación eólica. Para obtener el algoritmo multiobjetivo, utilizado para minimizar los costos de expansión y la reducción de la energía eólica, se implementó un NSGA-II mejorado y un conjunto de planes óptimos de expansión de Pareto. Resultados: Se presenta el desempeño de los planes de expansión, los cuales fueron evaluados y comparados con trabajos anteriores para demostrar la solidez del enfoque propuesto. Todas las pruebas se realizaron en los sistemas Garver e IEEE de 24 nodos. Conclusiones: Al observar el número de veces que el plan de expansión lleva a cero el corte de carga y la energía eólica desperdiciada, con respecto a un valor establecido en este trabajo, se tiene que la metodología propuesta presenta un índice de rendimiento superior al 75,16% para el sistema Garver y al 98,97% para el sistema IEEE de 24 nodos

Planeamiento de la expansión de redes de transmisión involucrando restricciones especializadas

El presente trabajo inicia con una revisión del estado del arte de los modelos matemáticos y de las técnicas de solución para el problema del planeamiento de la expansión de redes de transmisión estático, así como de metodologías que permiten disminuir el tamaño del espacio de solución, especialmente aquellas que involucren la adición de nuevas restricciones al modelo matemático. La investigación se orienta a la creación de un nuevo conjunto de restricciones (restricciones especializadas) que al adicionarse al modelo matemático permitan realizar cortes profundos en el espacio de solución y que permitan aliviar la complejidad matemática para dichos problema, lo que se ve reflejado en un menor tiempo de cómputo y un menor gasto de memoria. Se utilizaron en este trabajo tres tipos de restricciones diferentes con la finalidad de observar cuales presentan un corte más profundo en el espacio solución respecto a las otras. El primer tipo de restricción especializada utiliza los datos de capacidad de las líneas y la potencia neta encerrada para generarla. El segundo tipo realiza una distinción entre la capacidad de transmisión para cada circuito candidato que involucra la restricción y la potencia neta encerrada. Finalmente el último tipo de restricción realiza un análisis para cada circuito candidato y utiliza la función techo para obtener un conjunto de restricciones especializadas para cada uno de los circuitos candidatos. En la siguiente etapa se desarrolló una metodología para implementar estas restricciones sobre áreas del sistema eléctrico que presentaran incapacidad de transmisión para atender la demanda no atendida, o la generación que no puede ser despachada. Para la determinación de estas áreas se implementó una metodología que explora la vecindad de los nodos y es guiada mediante un criterio heurístico. Finalmente se realizaron las pruebas para estos conjuntos de restricciones generados para las áreas y nodos de un sistema eléctrico, en los sistemas de prueba Garver y Sur Brasilero, de pequeño y mediano tamaño y complejidad respectivamente. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, obteniendo los mejores resultados cuando se aplica las restricciones especializadas a los modelos DC y lineal disyuntivo. Además se logra apreciar que el tercer tipo de restricción resulta superior a los otros dos tipos. Indica esto entonces que la metodología de reducción del espacio de solución es de gran utilidad al reducir el tamaño del espacio solución que las técnicas de solución deben explorar

Planeamiento de redes de transmisión considerando escenarios generación-demanda y enlaces HVDC

El planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión de energía eléctrica, tiene como propósito fundamental determinar la red de transmisión óptima para un escenario futuro de forma que minimice la inversión y de igual manera que los generadores y los consumidores puedan ejercer sus actividades de compra y venta de electricidad de forma satisfactoria. En un sistema de potencia existen agentes que regulan y controlan el adecuado funcionamiento del sistema eléctrico como: el operador del sistema, el agente responsable del mercado de energía eléctrica, el agente responsable de regular las actividades del sector y el agente regulador del sistema. Entre los problemas que los agentes deben resolver se encuentran tareas de corto, mediano y largo plazo. En el caso particular de planeamiento de largo plazo se encuentran tareas de planeamiento del sistema de generación y del sistema de transmisión, los cuales permiten definir anticipadamente los costos y la localización de los elementos necesarios para que el sistema opere adecuadamente en el futuro. Esto debido a que los tiempos de diseño, construcción y puesta a punto de las centrales eléctricas de gran tamaño y de las líneas de transmisión de alta tensión, son largos (varios años), y por qué es conveniente aprovechar las economías de escala debido a los altos costos asociados a estas inversiones. En el caso de los sistemas con esquema de mercado de electricidad, el proceso de planeamiento del sistema de transmisión, a largo plazo, es de fundamental importancia por su papel determinante en la eficiencia del mercado futuro. Debido a esto se requiere una nueva visión de la filosofía del planeamiento de los sistemas de transmisión, tanto en los modelos, como en los algoritmos, que permita incluir aspectos como la incertidumbre en la demanda, la variabilidad de los despachos futuros de generación por causa de cambios en costos o hidrología y la posibilidad de incluir o no enlaces de alta tensión en corriente continua HVDC. Estos aspectos pueden ser analizados e incluidos en los análisis de largo plazo a través del uso de escenarios de generación y de demanda futura. Todo esto con el fin de obtener una red adecuada, robusta y de bajo costo que favorezca condiciones de acceso abierto

Planeamiento de redes de transmisión considerando escenarios generación-demanda y enlaces HVDC

El planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión de energía eléctrica, tiene como propósito fundamental determinar la red de transmisión óptima para un escenario futuro de forma que minimice la inversión y de igual manera que los generadores y los consumidores puedan ejercer sus actividades de compra y venta de electricidad de forma satisfactoria. En un sistema de potencia existen agentes que regulan y controlan el adecuado funcionamiento del sistema eléctrico como: el operador del sistema, el agente responsable del mercado de energía eléctrica, el agente responsable de regular las actividades del sector y el agente regulador del sistema. Entre los problemas que los agentes deben resolver se encuentran tareas de corto, mediano y largo plazo. En el caso particular de planeamiento de largo plazo se encuentran tareas de planeamiento del sistema de generación y del sistema de transmisión, los cuales permiten definir anticipadamente los costos y la localización de los elementos necesarios para que el sistema opere adecuadamente en el futuro. Esto debido a que los tiempos de diseño, construcción y puesta a punto de las centrales eléctricas de gran tamaño y de las líneas de transmisión de alta tensión, son largos (varios años), y por qué es conveniente aprovechar las economías de escala debido a los altos costos asociados a estas inversiones. En el caso de los sistemas con esquema de mercado de electricidad, el proceso de planeamiento del sistema de transmisión, a largo plazo, es de fundamental importancia por su papel determinante en la eficiencia del mercado futuro. Debido a esto se requiere una nueva visión de la filosofía del planeamiento de los sistemas de transmisión, tanto en los modelos, como en los algoritmos, que permita incluir aspectos como la incertidumbre en la demanda, la variabilidad de los despachos futuros de generación por causa de cambios en costos o hidrología y la posibilidad de incluir o no enlaces de alta tensión en corriente continua HVDC. Estos aspectos pueden ser analizados e incluidos en los análisis de largo plazo a través del uso de escenarios de generación y de demanda futura. Todo esto con el fin de obtener una red adecuada, robusta y de bajo costo que favorezca condiciones de acceso abierto

Impacto del direccionamiento de los escenarios de generación y demanda en la solución del problema de planeamiento de la expansión de redes de transmisión

El mundo complejo de los sistemas de energía eléctrica está dividido en tres grandes grupos: generadores, consumidores y la red de transmisión. Los generadores son responsables de la producción de energía eléctrica, los consumidores demandan la energía eléctrica para múltiples usos y aplicaciones, y el sistema de transmisión permite transferir la energía eléctrica de los generadores a los consumidores. Para que los generadores y los consumidores puedan ejercer sus actividades de compra y venta de electricidad existen agentes que regulan y controlan el adecuado funcionamiento del sistema eléctrico como: el operador del sistema, el agente responsable del mercado de energía eléctrica, el agente responsable de regular las actividades del sector y el agente regulador del sistema. Entre los problemas que los agentes deben resolver se encuentran tareas de corto, mediano y largo plazo. Entre los problemas de largo plazo se encuentran tareas de planeamiento del sistema de generación y del sistema de transmisión, los cuales permiten definir anticipadamente los costos y la localización de los elementos necesarios para que el sistema opere adecuadamente en el futuro. Esto es debido a los tiempos de construcción de las centrales eléctricas de gran tamaño y de las líneas de transmisión de alta tensión, son largos (varios años), y por qué es conveniente aprovechar las economías de escala debido a los altos costos asociados a las inversiones. En el caso de los sistemas con esquema de mercado de electricidad, el proceso de planeamiento del sistema de transmisión, a largo plazo, es de fundamental importancia por su papel determinante en la eficiencia del mercado futuro

Planejamento da expansão de Sistemas de Transmissão com elevada participação de Fontes Renováveis.

O setor elétrico vivencia uma forte tendência de investimentos na expansão da geração utilizando fontes renováveis de energia. O elevado crescimento da participação de tais fontes conectadas à rede, bem como as projeções da expansão desse mercado nos próximos anos, é um forte sinal para planejadores e operadores sobre a necessidade de desenvolver novas metodologias e as correspondentes ferramentas computacionais para avaliar as redes de transmissão. A principal razão está na intermitência das novas fontes de energia renovável (e.g., eólica) que demanda um volume maior de reserva de geração e redes de transmissão mais robustas, capazes de permitir flexibilidade na operação. Ademais, as áreas de maior viabilidade técnica e econômica para a construção de fontes renováveis são, geralmente, localizadas em regiões distantes dos centros de consumo localizados em áreas urbanas. Esta tese apresenta uma metodologia de planejamento da expansão da transmissão que aborda dois objetivos: i) o atendimento à demanda, considerando restrições de segurança; ii) a maximização do aproveitamento renovável, considerando uma análise de custo benefício. O planejamento é realizado por meio de simulações combinadas de duas ferramentas distintas. Para indicar os reforços necessários ao atendimento à demanda é utilizado um algoritmo de otimização, baseado na meta-heurística Estratégias de Evolução (ES). Já os reforços que garantirão melhor aproveitamento renovável são obtidos por meio de um Algoritmo Heurístico Construtivo (AHC). Os índices de desempenho utilizados pelo AHC referem-se ao desperdício de energia renovável e eventuais sobrecargas nos circuitos quando é adotado o máximo despacho da energia renovável momentânea. Tais índices são computados por meio de um Fluxo de Potência Cronológico (FPC), no qual é introduzido o conceito de energia renovável desperdiçada. Os resultados são apresentados utilizando um sistema teste com participação expressiva de fontes renováveis, em particular a eólica. As configurações resultantes são avaliadas por meio de um algoritmo de confiabilidade composta adaptado a este novo ambiente de simulação. Os resultados demonstram a capacidade da metodologia de lidar com a natureza estocástica do problema. Os planos de expansão da transmissão levam em conta as características probabilísticas, associadas às fontes de geração intermitente, e o perfil de carga do sistema. Finalmente, sugestões de trabalhos futuros são também apresentadas e discutidas