Thesis: Modelo basado en confiabilidad para la localización y coordinación óptima de dispositivos de protección en redes de distribución
Date
2019-10
Authors
De la Barra Toloza, Joaquín Rodrigo
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Volume Title
Publisher
Universidad Técnica Federico Santa María
Abstract
Las tecnologías emergentes como los recursos energéticos distribuidos y las redes inteligentes han incrementado la necesidad de desarrollar herramientas analíticas que permitan analizar la confiabilidad de las redes de distribución. En esta línea, la insta- lación de equipos de protección permite aislar localizadamente las fallas disminuyendo la cantidad de usuarios que quedan sin suministro. Sin embargo la mayoría de los mo- delos utilizados para seleccionar y localizar los equipos de protección no consideran los requerimientos de coordinación ni criterios de factibilidad para los esquemas de salva- mento, lo cual se traduce en soluciones no implementables o incapaces de cumplir con los estándares propuestos. En este trabajo de tesis se presenta un modelo de programación lineal entero mixto para la selección, localización y coordinación simultánea de equipos de protección (reco- nectadores y fusibles), incorporando un criterio eléctrico para la factibilidad de los esque- mas de salvamento en los fusibles. Indicadores de confiabilidad locales y penalizaciones económicas por traspasar los estándares mínimos de confiabilidad han sido incorpora- dos en el modelo, entregando herramientas adicionales para la toma de decisiones. El esquema propuesto fue validado en redes de distribución pequeñas, para posteriormen- te implementarse en sistemas de hasta 1080 nodos. Los experimentos computacionales muestran que la inclusión de los esquemas de salvamento y la coordinación de protec- ciones tiene un gran impacto en los costos y en las medidas de confiabilidad del sistema. Además, los modelos de la literatura consideran la información de confiabilidad como determinista, utilizando valores esperados o promedios de la data histórica. La aleatorie- dad de las fallas en los sistemas de distribución no siempre es correctamente representada con estos parámetros, implicando incrementos en los costos de inversión/operación o de- terioros en los estándares de confiabilidad planificados. El trabajo propuesto incluye un análisis del efecto que tiene la incertidumbre de las tasas de falla y los tiempos de repa- ración en el modelo de localización de equipos de protección. Los resultados muestran que pequeñas variaciones pueden ser críticas en términos de costo y confiabilidad.
Emergent technologies such as distributed energy resources and smart grids have increased the need for analytic tools to analyze the reliability of distribution networks. Installation of protection equipment allows isolating faults with the least number of in- terrupted customers, but most of the models used to select and locate these equipment do not consider their coordination or rescue schemes for the fuses, resulting in unfea- sible solutions or unable to comply with reliability requirements. This thesis presents a mixed-integer linear program model for the simultaneous selection, localization, and coordination of protection devices (reclosers and fuses), considering an electrical criteria for the rescue scheme of the fuses. Local reliability indices and economic penalties for breaking minimum standards are integrated in the model, providing new elements for decision making. The proposed approach is validated in a small distribution network and then tested in systems up to 1080 nodes. Computational experiments show that including the rescue schemes and the coordination of protections has a great impact on costs and reliability metrics. Current models summarize reliability information as deterministic, using expected values or historical averages of data. The randomness of failures is not always well represented with these values, implying increases in operating-investment costs or dete- rioration in planned reliability indices. The following work includes an analysis of the e ect of the uncertainty of faults in the proposed model of protection equipment plan- ning. The results show that in some cases small variations can be critical in terms of cost and reliability.
Emergent technologies such as distributed energy resources and smart grids have increased the need for analytic tools to analyze the reliability of distribution networks. Installation of protection equipment allows isolating faults with the least number of in- terrupted customers, but most of the models used to select and locate these equipment do not consider their coordination or rescue schemes for the fuses, resulting in unfea- sible solutions or unable to comply with reliability requirements. This thesis presents a mixed-integer linear program model for the simultaneous selection, localization, and coordination of protection devices (reclosers and fuses), considering an electrical criteria for the rescue scheme of the fuses. Local reliability indices and economic penalties for breaking minimum standards are integrated in the model, providing new elements for decision making. The proposed approach is validated in a small distribution network and then tested in systems up to 1080 nodes. Computational experiments show that including the rescue schemes and the coordination of protections has a great impact on costs and reliability metrics. Current models summarize reliability information as deterministic, using expected values or historical averages of data. The randomness of failures is not always well represented with these values, implying increases in operating-investment costs or dete- rioration in planned reliability indices. The following work includes an analysis of the e ect of the uncertainty of faults in the proposed model of protection equipment plan- ning. The results show that in some cases small variations can be critical in terms of cost and reliability.
Description
Keywords
OPTIMIZACIÓN , PROTECCIONES
