Using traditional heuristic algorithms on an initial genetic algorithm population applied to the transmission expansion planning problem

Aplicación de algoritmos heurísticos en la construcción de la población inicial de algoritmos genéticos que resuelven el problema de planeamiento de la expansión de la transmisión

En este artículo se analiza el impacto de seleccionar poblaciones iníciales de buena calidad para ser usadas en algoritmos genéticos, con el propósito de obtener mayor velocidad de convergencia y mejor calidad en las soluciones alcanzadas cuando se resuelve el problema del planeamiento de la expansión a largo plazo de los sistemas de transmisión de energía eléctrica. Los sistemas de prueba que se analizan corresponden a sistemas de alta complejidad, tradicionalmente usados en la literatura especializada. Para generar soluciones iníciales de buena calidad se utilizan algoritmos heurísticos constructivos, particularmente los más utilizados en problemas de planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión. Se comparan los resultados obtenidos con los que entregan los algoritmos genéticos que usan poblaciones iniciales aleatorias. Los resultados muestran que una población inicial generada en forma heurística permite obtener soluciones de mejor o igual calidad y con esfuerzos computacionales menores, cuando se resuelven sistemas eléctricos de gran complejidad.

Introducción

Mediante la solución del problema de planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión de energía eléctrica se determina dónde, cuándo y cuántos elementos nuevos deben ser adicionados al sistema eléctrico para que éste opere adecuadamente en un horizonte de planeamiento especificado. El planeamiento estático considera únicamente un horizonte y determina el número de elementos que deben adicionarse en cada corredor del sistema de potencia. En los sistemas actuales es necesario en ocasiones tener en cuenta otras consideraciones, lo que conduce a modelos matemáticos de mayor complejidad. Por ejemplo, es posible incorporar un horizonte de planeamiento dividido en etapas, condiciones de seguridad, operación con mercado de electricidad, entre otros. En este artículo únicamente se analiza el caso de planeamiento estático, el cual es la base para el desarrollo de problemas de planeamiento que incorporan nuevos aspectos.

Se utiliza el modelo DC para representar la red eléctrica debido a que únicamente se considera planeamiento de la red para suministro de potencia activa. Este modelo se juzga ideal para planeamiento de largo plazo, y por medio de él se formula el problema de optimización para el planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión. El problema resultante es de programación no lineal entero-mixta. Cuando se aplica a problemas de la vida real de gran tamaño, la complejidad del problema se hace evidente por su multimodalidad, a la vez que es común encontrar una gran cantidad de soluciones óptimas locales. Si aumenta el tamaño del sistema el número de soluciones locales crece de manera exponencial.

Para resolver el problema del planeamiento de la transmisión de largo plazo, se han propuesto una gran variedad de técnicas presentes en la literatura especializada.