Ubicación y dimensionamiento óptimo de condensadores en sistemas eléctricos de distribución con polución armónica usando recocido simulado

Optimal location and sizing of capacitors in electrical distribution systems with harmonic pollution using simulated annealing

Se emplea el algoritmo de recocido simulado para resolver el problema de la ubicación óptima y la elección del tamaño de bancos de condensadores fijos en sistemas de distribución, cuando existen señales eléctricas con contenido armónico. El modelo matemático contempla como función objetivo el costo de pérdidas en energía y potencia para cada armónico, así como los costos de inversión de los condensadores. Las restricciones incluyen límites de voltaje, calidad de potencia, tamaño, número y ubicación de los bancos de condensadores. Como herramienta de análisis se usa un flujo de carga armónico desarrollado por el grupo de investigación.

INTRODUCCIÓN

Los bancos de condensadores, conectados en paralelo, normalmente son instalados en los sistemas de distribución para reducir las pérdidas de energía y potencia, mejorar el perfil de voltaje, mejorar el factor de potencia, aumentar la capacidad de transporte de las líneas de distribución y de los transformadores, entre otros. Con el incremento de las componentes armónicas en las señales eléctricas, aumentan los problemas técnicos y económicos que disminuyen la eficiencia e incrementan los costos operativos en los sistemas de distribución. Entre los problemas más comunes se encuentran: aumento de pérdidas de potencia, errores en la medición de potencia activa y reactiva, excesiva circulación de corrientes por el neutro, incremento en los niveles de interferencia electromagnética, incorrecta operación en los relés de protección, disminución en la calidad de la potencia, aumento peligroso de las tensiones y las corrientes por condiciones de resonancia.

Los niveles de armónicos en los sistemas de distribución son atenuados, generalmente, con el uso de condensadores, ya que para las frecuencias de orden superior ofrecen una baja impedancia a tierra. Debido a ésta y otras ventajas, los condensadores son considerados como los primeros candidatos para resolver los problemas operativos en los sistemas de distribución para la frecuencia fundamental y para las frecuencias armónicas. Adicionalmente, los condensadores pueden ser ubicados en puntos estratégicos del sistema de distribución para obtener una adecuada relación entre el beneficio y el costo; esto convierte al problema en uno de optimización matemática, para el cual la función objetivo consiste en minimizar las pérdidas de energía, las pérdidas de potencia y la inversión en los bancos de condensadores. Las restricciones incluyen el flujo de carga armónico, los valores rms de voltaje, la distorsión armónica máxima por barra y un máximo número de condensadores fijos por barra y por alimentador.