On the optimal reconfiguration of radial AC distribution networks using an MINLP formulation: A GAMS-based approach

Sobre la reconfiguración óptima de redes radiales de distribución empleando un modelo de PNLEM: un enfoque basado en GAMS

Este trabajo aborda el problema de la reconfiguración óptima de redes de distribución de media tensión proponiendo un modelo de programación no lineal de enteros mixtos (MINLP). Este modelo de optimización tiene como función objetivo la minimización de las pérdidas totales de potencia en todas las ramas de la red restringidas por ecuaciones de balance de potencia activa y reactiva, límites de regulación de tensión y capacidades de los dispositivos, entre otros. La formulación MINLP propuesta trabaja con incidencia rama-nodo que permite representar el flujo de potencia activa y reactiva en las ramas en función de las partes real e imaginaria de las tensiones y corrientes. La solución del modelo MINLP se alcanza a través del sistema general de modelado algebraico ampliamente conocido como paquete GAMS presentándolo de forma tutorial. Este software permite implementar de forma compacta el modelo propuesto y resolverlo mediante métodos de ramificación y acotación. Dos alimentadores de prueba compuestos por 5 y 14 nodos permiten demostrar la fidelidad del modelo MINLP propuesto con respecto a la minimización de las pérdidas de potencia cuando se compara con los informes de la literatura.

INTRODUCCIÓN

Contexto general

Las redes eléctricas de distribución corresponden a la mayor parte del sistema eléctrico que se encarga de la comercialización y distribución de los servicios eléctricos a los usuarios finales en niveles de media tensión (Sanchez-Zuleta ´et al., 2012). La extensa longitud de estas redes eléctricas combinada con voltajes medios es susceptible a altas pérdidas de potencia en comparación con las redes de transmisión (Anders, 1994). En el contexto colombiano, las redes eléctricas operan típicamente entre 11,4 kV y 13,8 kV, con pérdidas de potencia entre el 6 y el 15% del total de la energía comprada en el mercado spot (Zuleta et al., 2017). Estas diferencias porcentuales están relacionadas con las prácticas implementadas por las empresas de servicios públicos en cuanto a la operación del sistema de distribución, así como con la ubicación geográfica de la red de distribución, dado que Colombia es un país esencialmente rural. Esto implica que las redes de distribución tienen cientos de kilómetros de extensión que incrementan las pérdidas de energía debido a la configuración natural de la red (Marneni et al., 2015). Un hecho adicional que incrementa las pérdidas de potencia en la etapa de distribución corresponde a la estructura radial de esta red, la cual es adoptada en gran medida por las empresas eléctricas ya que simplifica la coordinación de los dispositivos de protección (reconectadores, seccionadores y fusibles) y además reduce las inversiones en infraestructura como conductores y apoyos (Celli et al., 2004; Cruz et al., 2018), entre otros.