Otimização dos ajustes dos dispositivos de controle volt-var para operação diária de sistemas de distribuição de energia elétrica

Abstract

Este trabalho apresenta uma abordagem para o planejamento diário otimizado do controle volt-var híbrido de sistemas de distribuição de energia elétrica. Com o foco nas distribuidoras de energia elétrica, o estudo propõe dois objetivos distintos: a minimização dos custos de operação e a maximização do ganho proveniente da energia fornecida para atender o sistema. De acordo com a função objetivo, o modelo de otimização pode considerar três critérios econômicos, sendo eles: (i) o valor das compensações que a distribuidora deve pagar aos consumidores em situações de tensão precária ou crítica; (ii) o custo das perdas de energia ao longo das linhas de distribuição; e (iii) o resultado proveniente da energia fornecida para o sistema. A estratégia de controle volt-var contempla bancos de capacitores e reguladores de tensão, operados de forma distribuída. Para definir o real estado de operação dos dispositivos de controle volt-var ao longo da operação diária, propõe-se a representação da cronologia da operação, por intermédio de restri- ções intertemporais. Para determinar os ajustes ótimos nos parâmetros de controle, o modelo de otimização proposto é solucionado por meio de dois métodos heurísticos de otimização, o Hill-Climbing e o Simulated Annealing. A complexidade da solução está relacionada à impossibilidade de prever corretamente tanto a carga quanto a geração que podem ser injetadas na rede, mesmo com um dia de antecedência. Para avaliar o desempenho do modelo elaborado, foram feitos estudos numéricos em um sistema de 23 nós. Os ajustes otimizados obtidos são validados por meio da comparação dos valores de perdas, compensação e receita para diferentes curvas de geração que podem ocorrer durante a operação do sistema, as quais podem não ser exatamente iguais a curva utilizada durante a otimização. Os resultados destacam a importância de um controle volt-var implementado na rede e como os ajustes são modificados, dependendo do objetivo da concessionária.

This study presents an approach for the optimized daily planning of hybrid volt-var control of power distribution systems. Based on the utility side, it is proposed two distinct objectives: minimizing operating costs and maximizing the revenue obtained from supplying electricity to the system. According to the objective function, the optimization model can consider three economic criteria, namely: (i) the value of compensation that the utility must pay to consumers in situations of precarious or critical voltage; (ii) the cost of power losses along distribution lines; and (iii) the result arising from the energy supplied to the system. The distributed volt-var control strategy includes capacitor banks and voltage regulators. In order to define the real operating state of the volt-var control devices throughout daily operation, it is proposed to represent a chronological operation, through intertemporal constraints. To determine the optimal adjustments to the control parameters, the proposed optimization model is solved using two heuristic optimization methods, Hill-Climbing and Simulated Annealing. The complexity of the solution is related to the impossibility of correctly predicting both the load demand and the generation that can be injected into the distribution system, even one day in advance. Thus, to evaluate the performance of the developed model, numerical studies were carried out on a 23-node system. The optimized adjustments obtained are validated by comparing the loss, compensation and revenue values for different generation curves that may occur during system operation, which may not be exactly the same as the curve used during optimization. The results highlight the importance of volt-var control implemented in the network and how the settings are modified depending on the utility’s objective.