Optimal selection of conductors in three-phase distribution networks using a discrete version of the vortex search algorithm

Abstract

En este estudio se propone una nueva metodología para realizar la selección óptima de conductores en redes de distribución trifásicas mediante una versión discreta del método metaheurístico de búsqueda de vórtices. Para representar el problema, se utiliza un modelo matemático de objetivo único con estructura de programación no lineal mixta entera (MINLP). Como función objetivo se considera la minimización de los costes de inversión en conductores junto con las pérdidas técnicas de la red para un periodo de estudio de un año. Además, el modelo se implementará en sistemas de prueba equilibrados, desequilibrados y con variaciones en la conexión de sus cargas, es decir, conexiones ∆- e Y. Para evaluar los costes de las pérdidas de energía, se implementa un método clásico de flujo de potencia trifásico hacia atrás/adelante. Se emplearon dos sistemas de prueba utilizados en la literatura especializada, que comprenden 8 y 27 nodos con estructuras radiales en niveles de media tensión. Todas las implementaciones computacionales se desarrollaron en el entorno de programación MATLAB, y todos los resultados se evaluaron en el software DigSILENT para verificar la eficacia y el método de flujo de potencia trifásico desequilibrado propuesto. Los análisis comparativos con los algoritmos genéticos clásicos y de Chu & Beasley, el algoritmo de búsqueda tabú y los enfoques MINLP exactos demuestran la eficacia del enfoque de optimización propuesto en relación con el valor final de la función objetivo.In this study, a new methodology is proposed to perform optimal selection of conductors in three-phase distribution networks through a discrete version of the metaheuristic method of vortex search. To represent the problem, a single-objective mathematical model with a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) structure is used. As an objective function, minimization of the investment costs in conductors together with the technical losses of the network for a study period of one year is considered. Additionally, the model will be implemented in balanced and unbalanced test systems and with variations in the connection of their loads, i.e., ∆- and Y-connections. To evaluate the costs of the energy losses, a classical backward/forward three-phase power-flow method is implemented. Two test systems used in the specialized literature were employed, which comprise 8 and 27 nodes with radial structures in medium voltage levels. All computational implementations were developed in the MATLAB programming environment, and all results were evaluated in DigSILENT software to verify the effectiveness and the proposed three-phase unbalanced power flow method. Comparative analyses with classical and Chu & Beasley genetic algorithms, tabu search algorithm, and exact MINLP approaches demonstrate the efficiency of the proposed optimization approach regarding the final value of the objective function.N

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