Co-optimización del problema de planificación de la capacidad de generación y transmisión considerando acciones operacionales correctivas y calidad del servicio

Abstract

Actualmente, la planificación de la transmisión y generación se realizan por separado usando aproximaciones DC. Sin embargo, recientemente se han realizado esfuerzos para obtener una planificación conjunta basada en este mismo tipo de aproximaciones. Impulsados por estos resultados y con el propósito de acortar la distancia con los sistemas reales, se presenta este trabajo de titulación donde se resuelve la planificación de la expansión de transmisión y generación de forma conjunta, utilizando factores de sensibilidad y el método de cancelación de flujos en el problema de transmisión. La metodología incorpora las correcciones de la planificación por pérdidas en líneas y tensiones en barras, para lo cual se presentan tres algoritmos: correcciones sólo por pérdidas en líneas, correcciones sólo por tensiones en barras, y correcciones por ambas. En cada corrección propuesta por los algoritmos se realiza una nueva planificación completa hasta alcanzar los criterios de convergencia definidos en el trabajo. Para la validación de los algoritmos se realizaron simulaciones en varios sistemas tipo IEEE que van desde 9 a 39 barras. En primer lugar, se observa un aumento en los tiempos de simulación a medida que crece el tamaño de los sistemas, porque el algoritmo necesita más variables de decisión y debe satisfacer más condiciones. En segundo lugar, se aprecia un aumento en los costos de planificación cuando se incorpora la corrección por pérdidas (metodología I), por tensiones (metodología II) o por ambas (metodología III). Esto se explica por la variación en la cantidad de pérdidas del sistema que debe abastecer el generador slack. Además, en la segunda y tercera metodología, el algoritmo incluye generadores para cumplir con las regulaciones de voltaje. El efecto de la carga en las líneas de transmisión también es analizado en los sistemas de potencia de prueba de forma de verificar si la planificación es factible. Obteniéndose una reducción de la cargabilidad a valores más cercanos al punto de operación real. Posteriormente, se resuelve el problema de planificación considerando ambas correcciones, lo que resulta en una mejor solución para las pérdidas de transmisión y una reducción en la carga de las líneas. Además, si se compara esta solución con el caso donde sólo se utilizó corrección de tensiones, se obtiene que las tensiones en barras se encuentran más cercanas al valor de 1 [pu] y se corrigen las violaciones en barras en igual o menor cantidad de iteraciones. Finalmente, de manera de encontrar un mejor resultado para la cargabilidad de las líneas se resuelve el problema de planificación aplicando la metodología III al sistema de 39 barras e incorporando una reducción a la capacidad de las líneas de un 5 %, 10 %, 15% y 20%, logrando obtener mejores soluciones para las pérdidas en líneas y cargabilidad al aplicar una reducción del 20 %.Currently, the transmission and generation capacity expansion planning are carried out independently using DC approximations. However, recent efforts have been made to achieve the co-optimization of both planning problems. Driven by these results and with the aim of bridging the gap solving real power systems, in this study, the planning of the transmission and generation capacity is solved simultaneously using sensitivity factors and the cancellation flow method to carry out transmission investment decisions. The proposed methodology incorporates correction actions based on transmission losses and bus voltages. Three methodologies are presented: corrections based on transmission losses, corrections based on bus voltages, and corrections applied for both methods. For the validation of the introduced methodologies, simulations are conducted on several IEEE test systems ranging from 9 to 39 buses. Firstly, an increase in simulation times is observed as the size of the systems grew because the algorithm needs more decision variables, and it must satisfy more conditions. Secondly, there is an increase in planning costs when it is evaluated the algorithm to correct the transmission losses and to meet the voltage limits. This is explained by the variation in the amount of system losses that the slack generator must accommodate. Nonetheless, in the second and third methodologies, the algorithm includes generators to comply with bus voltage regulations. The effect of the transmission loading is also analyzed in the test power systems. The effect of the transmission loading is also analyzed in the test power systems in order to verify if the planning is feasible. However, there are few transmission lines with a loading above 100 %. Subsequently, the planning problem is addresses by considering both corrections, resulting in improved solution for transmission losses and a reduction in the transmission loading. Now, if it is compared this solution to the case where only voltage correction is applied, the bus voltages are closer to the nominal value (1 [pu]), and the violations at buses are corrected in a fewer number of iterations. Finally, the introduced methodology solves the planning problem considering both corrections at the same time and an over-limitation in the transmission capacity of 5 %, 10 %, 15% and 20 %: Simulation results show better solutions for transmission losses, especially in lines with small loading (20 %).