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

Esquema de planificación de expansión de la red de distribución considerando generación distribuida

La planificación de la expansión de un sistema de distribución se encarga de abastecer la demanda de energía eléctrica con criterios de calidad, seguridad y confiabilidad; sin embargo, en el sistema de distribución se ha evidenciado la falta de respaldo para el suministro de energía hacia los usuarios por fallas eléctricas e interrupciones en el sistema eléctrico. También desde el plan de expansión en generación y transmisión de energía eléctrica en Colombia 2016-2030 se observa el problema de abastecimiento eléctrico para la demanda, además del impacto ambiental por emisiones de CO2 y de los gases efecto invernadero cuando la demanda es cubierta con plantas térmicas, efecto agudizado cuando se presenta escasez hídrica como en el caso del fenómeno de El Niño, donde el nivel de los embalses se reduce significativamente, llegando a sus mínimos operativos y en consecuencia aumentando la generación térmica hasta cubrir el 50% de la demanda. Según lo anterior la red de distribución deberá incluir en su planeación de la expansión la generación distribuida y como efecto de ello dará solución al problema de respaldo, abastecimiento y contaminación. Este documento desarrolla un esquema de trabajo para la planeación de la expansión de la red de distribución considerando la generación distribuida, mejorando el proceso de planificación dado en la Resolución CREG 179 de 2015, incluyendo en él un plan de penetración de generación distribuida, precisando e identificando los impactos sobre la planeación y sobre la red de distribución, contentando estos impactos en las etapas adecuadas del proceso de planificación.Abstract: The planning of the expansion of a distribution system is responsible for supplying the demand for electrical energy with criteria of quality, safety and reliability. However, in the distribution system, there has been a lack of backup for the supply of energy to users, due to electrical failures and interruptions in the electrical system. Also from the plan of expansion in generation and transmission of electrical energy in Colombia 2016-2030 is observed the problem of electricity supply for the demand in addition to the environmental impact of CO2 emissions and greenhouse gases, when the demand is covered with thermal plants, an effect that is exacerbated when there is a water shortage, as in the case of the El Niño phenomenon, where the level of the reservoirs is significantly reduced, reaching its operating minima and consequently increasing thermal generation to cover 50% of demand. According to the above, the distribution network must include distributed generation in its planning of the expansion and as a result it will solve the problem of backup, supply and pollution. This document develops a work plan for the planning of the expansion of the distribution network considering the distributed generation, improving the planning process given in Resolution CREG 179 of 2015, including in it a plan of penetration of distributed generation, specifying and identifying impacts on planning and the distribution network, contenting these impacts in the appropriate stages of the planning process.Maestrí

Modelamiento matemático del problema del planeamiento de la expansión de sistemas de distribución

El problema del planeamiento de sistemas de distribución de energía eléctrica trata la adecuada expansión del sistema, para satisfacer la demanda de los usuarios, cumpliendo con los límites técnicos y operativos, a un mínimo costo. En este artículo se muestra el modelamiento del problema del planeamiento de la expansión de los sistemas de distribución de energía eléctrica, presentando las consideraciones para el planteamiento del modelo matemático. Se discuten las diferentes versiones lineales y no lineales para el planteamiento del modelo matemático. Se define un modelo matemático para el planeamiento de la distribución que contempla los aspectos comentados en este artículo

Impacto de las fuentes no convencionales de energías renovables en la planeación de sistemas integrados de electricidad y gas natural

El cambio climático es sin duda alguna el principal problema al que se enfrenta la humanidad en la actualidad. Es indiscutible que el calentamiento global se debe a la emisión de grandes cantidades de gases de efecto invernadero, producto de las diferentes actividades humanas, dentro de las cuales la producción, transporte y consumo de energía tienen una importante participación. Es por lo anterior, que múltiples gobiernos del mundo, organizaciones medioambientales y por supuesto, la comunidad científica, han volcado sus esfuerzos en el estudio y desarrollo de fuentes de energía renovable (ER), que permitan diversificar y des-carbonizar la cadena productiva de la energía eléctrica. Sin embargo, a pesar de los grandes avances que han alcanzado las ER en materia de eficiencia y costos de inversión, se afrontan múltiples retos en términos de su integración e incorporación de forma masiva en los sistemas eléctricos existentes. Una de las principales alternativas para la masificación de las ER, es la implementación mediante uso de generación distribuida (GD), lo cual consiste en incorporar o instalar pequeñas fuentes de energía en las etapas finales de la cadena de producción, es decir, en los sistemas de distribución [1]

Generación distribuida basada en fuentes primarias de energía renovable: Análisis técnico-económico y regulatorio

En los Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica (SDEE) se observa, conforme el estado del arte, que la Penetración de Fuentes Primarias de Energía Renovable, bajo la forma de Generación Distribuida (GD) en Media Tensión (MT) y Micro-Generación Distribuida (MGD) en Baja Tensión (BT). con posibilidad de autoconsumo e inyección de excedentes a la red, definen un nuevo Paradigma. Sin embargo, existen tres inconvenientes que pueden atentar contra el mismo, discutidos en este trabajo. El primero es el Tecnológico: se relaciona con la tecnología empleada en los Sistemas de Generación disponibles, considerando el avance en investigación y desarrollo para aumentar su eficiencia. El segundo es el Regulatorio: implica el análisis Económico/Financiero a los efectos de que el capital invertido por los Generadores pueda ser recuperado en un tiempo igual o menor a la vida útil de los Sistemas de Generación, sin que ello implique Subsidios Distorsivos ni vulnere los parámetros establecidos en el control de Calidad del Producto y Servicio Técnico. Y el tercero, es el aspecto Técnico: vinculado al impacto que producen las instalaciones de GD y MGD en los SDEE.Fil: Schweickardt, Gustavo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Optimización multiobjetivo de la red de distribución de energía eléctrica

Se ha desarrollado la planificación del diseño óptimo de las redes de distribución de energía eléctrica mediante la aplicación y adaptación del algoritmo evolutivo NSGA II, basado en el elitismo y la dominancia de Pareto. Para ello se han considerado tres objetivos; la minimización de perdidas, la maximización de la fiabilidad de suministro del sistema y una función de costes. Esta función de costes, en lugar de ser la generica de minimización de costes se ha adaptado a la realidad del sector, pasando a ser considerada una función de maximización de la retribución de la actividad de distribución El problema esta sujeto a las restricciones habituales, de caída de tensión, capacidad de elementos, radialidad de la red y balance de potencia. Ademas de haber dos restricciones especificas de la legislación; la estandarización de los elementos y la inversión máxima. Contando como variables de decisión, la localización y tamaño de las lineas y subestaciones a instalar, o ampliarThe optimal design of the electric power distribution grids has been developed through the application and adaptation of the evolutive algorithm NSGAII. This algorithm is based on the elitism and dominance of Pareto. To this end, three objectives have been considered: the maximization of loses; the maximization of the reliability of the system supply and a costs function. This costs function is not the generic one of costs minimization, but a new function adapted to the sector reality, and so it is considered as a function of maximization of the retribution of the retribution activity. The problem is supedited to the habitual restrictions of voltage drop, capability of the elements, radiality of the gris and power balance. There are also two specific restrictions related to the legiation: the standarization of the elements and the maximum investment allowed.The location and size of the lines and substations that must be installed or enlarged are considered decision variables.Junta de Castilla y León (a través del proyecto de referencia BU329U14) y del Ministerio de Economía y Competitividad y Fondos FEDER (a través del proyecto de referencia ECO2013-47129-C4-3-R

Caracterización de una red de telecomunicaciones para automatizar el sistema de distribución ED EQ S.A. E.S.P

La Empresa de Energía del Quindío-EDEQ S.A ESP está implementando el proyecto de Automatización de la Distribución (AD) basado en reconectadores, planificando la instalación de los equipos de automatización en puntos estratégicos, tomando como base un estudio cuidadoso acerca de los mejores sitios donde deban quedar localizados los equipos, maximizando la calidad del servicio y minimizando la inversión, con el fin de dimensionar en forma óptima el proyecto. Otro de los hitos importantes del proyecto de AD y objeto principal del presente documento es lo concerniente a las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), dado que seleccionar el canal de comunicación que conjugue tres grandes elementos de las comunicaciones: ancho de banda, disponibilidad y seguridad de respuesta, es clave para lograr enlazar estos equipos convirtiendo la red de distribución de energía en un sistema confiable logrando con ello tener la mejor alternativa con bajos costos y haciendo viable la instalación de los mismos, con esto se logra ser más competitivos en el mercado dándole al mismo tiempo un mejor servicio al usuario final debido a que se optimizan los indicies de calidad del servicio (ENS, SAIDI y SAIFI)

Óptimo dimensionamiento y ubicación de bancos de capacitores en redes de distribución usando algoritmo de colonia de hormigas

This article proposes a Method of Optimization by Colony of Ants (OCH) to solve the of the reactive power in the distribution systems; that will allow to determine the location and optimal dimension of a capacitor bank; the problem in the placement of the capacitor bank is to find places to install the capacitors in an electrical distribution network in order to reduce power losses in the distribution system. The OCH is an intelligence method, powerful to solve optimization problems; inspired by the natural behavior of the ant colonies. The proposed methodology, programmed in MATLAB, is validated with the IEEE test systems of 30 nodes with the obtaining and discussion of the results; thus exposing the value of the proposed approach; in which the obtained result was satisfactory, since losses were minimized in the system and the index of voltage profiles was improved.Este artículo propone un Método de Optimización por Colonia de Hormigas (OCH) para resolver el problema de compensación de la potencia reactiva en los sistemas de distribución; el cual permitirá determinar la ubicación y dimensión óptima de un banco de capacitores; el problema en la colocación del banco de capacitores consiste en encontrar lugares para instalar los capacitores en una red de distribución eléctrica con el objetivo de reducir las pérdidas de potencia en el sistema de distribución. La OCH es un método de inteligencia, poderoso para resolver problemas de optimización; inspirado en el comportamiento natural de las colonias de hormigas. La metodología propuesta, programado en MATLAB, se valida con los sistemas de prueba IEEE de 30 nodos con la obtención y discusión de los resultados; exponiendo así el valor del enfoque propuesto; en el cual el resultado obtenido fue satisfactorio, ya que se obtuvo minimización de pérdidas en el sistema y se mejoró el índice de perfiles de voltaje

Diseño de micro red eléctrica para laboratorios de investigación agropecuaria basado en optimización multiobjetivo

El presente trabajo técnico determina desde el ámbito energético, el diseño de una Micro Red para la Estación Experimental Santa Catalina que forma parte del Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP), para lo cual se ha tomado en consideración la caracterización y cuantificación de la demanda representativa de la estación experimental como también del recurso renovable disponible, la selección de las potenciales fuentes de generación y las condiciones operativas previas. El diseño realizado tiene como finalidad abastecer la demanda de los laboratorios de la Estación Experimental, dado que estos lugares son lo que abarcan la mayor parte de la carga de dicho predio, para el análisis se considera parámetros de continuidad, economía y reducción de contaminación, por tanto, para el diseño realiza en forma inicial una recolección y tratamiento del consumo para lograr representar la curva de carga, como segundo paso se analiza las potenciales fuentes de energía que pueden ser incorporadas en el predio y finalmente mediante la resolución de un modelo multiobjetivo óptimo se obtendrá la combinación óptima del mix de generación que usaría energías renovables tomando en cuenta la autonomía que se podría implementar con medios propios de sustentación energética con el afán de minimizar los costos y emisiones a la implementación de los nuevos sistemas de abastecimiento. Una vez cumplidas las etapas, la resolución del modelo de optimización multiobjetivo tomó la decisión de implementar el generador eólico con una capacidad de 190 kW y un generador con biomasa con 8.56 kW, dando un total de 198.56 kW, lo cual es económico, sin embargo, las fuentes de generación seleccionadas deben ser complementadas por el suministro de la red, para lograr cumplir con el abastecimiento de la puntual demanda local de forma económica y confiable, por tanto, se puede marcar que el trabajo realizado aporta como una herramienta de decisión para determinar el parque de generación que satisfacerá la carga requerida de un predio tomando en consideración la curva de demanda y los potenciales generadores que puedan implementarse.The present technical work determines from the energy field, the design of a Micro Network for the Santa Catalina Experimental Station that is part of the National Institute of Agricultural Research (INIAP), for which the characterization and quantification of the representative demand of the experimental station as well as the available renewable resource, the selection of potential sources of generation and the previous operating conditions have been taken into account. The design carried out aims to supply the demand of the laboratories of the Experimental Station, since these places are what cover most of the load of said property, for the analysis parameters of continuity, economy and reduction of pollution are considered, therefore, for the design it performs initially a collection and treatment of consumption to be able to represent the load curve, as a second step the potential energy sources that can be Optimal of the generation mix that would use renewable energies taking into account the autonomy that could be implemented with its own means of energy support in order to minimize costs and emissions to the implementation of the new supply systems. Once the stages have been completed, the resolution of the multi-objective optimization model made the decision to implement the wind generator with a capacity of 190 kW and a biomass generator with 8.56 kW, giving a total of 198.56 kW, which is economical, however, the selected generation sources must be complemented by the supply of the network, in order to meet the supply of punctual local demand The required load of a property taking into account the demand curve and the potential generators that can be implemented