Optimal Phase Balancing Planning for Loss Reduction in Distribution Systems using a Specialized Genetic Algorithm

Planeamiento Óptimo de Balance de Fases para Reducción de Pérdidas en Sistemas de Distribución usando un Algoritmo Genético Especializado

La operación desbalanceada de los sistemas de distribución deteriora la calidad de la potencia y aumenta los costos de inversión y operación. La reconfiguración de alimentadores y el intercambio de fases son los dos principales enfoques para balance de fases, siendo el primero más difícil de llevar a cabo debido al número reducido de seccionalizadores disponibles en la mayoría de los sistemas de distribución. Por otro lado, el intercambio de fases constituye una alternativa directa, efectiva y de bajo costo para el balance de fases. La contribución principal de este artículo es la propuesta de un modelo de optimización y una técnica de solución para el planeamiento de balance de fases en sistemas de distribución. En cuanto al modelo de optimización, se propone una formulación no lineal entera mixta. Por otro lado, la técnica de solución propuesta consiste en un algoritmo genético especializado. Para mostrar la eficacia de la metodología propuesta varios ensayos son realizados con dos sistemas de distribución de 37 y 19 barras, este último con diferentes modelos de carga. Los resultados muestran que además de conseguir el objetivo principal de reducción de pérdidas, el balance de fases permite obtener otros beneficios técnicos como el mejoramiento del perfil de tensiones y reducción de la congestión en las líneas del sistema.

1 INTRODUCCIÓN

Las pérdidas de energía en los sistemas de distribución eléctrica se refieren a la diferencia entre la cantidad de energía comprada por la empresa distribuidora y la cantidad de energía facturada a los consumidores. Las pérdidas se clasifican en técnicas y no técnicas. Mientras que las pérdidas no técnicas no están asociadas a las características físicas de la red eléctrica, las pérdidas técnicas son inherentes a cualquier sistema eléctrico. Estas pérdidas se deben a la disipación de energía en las líneas, las conexiones eléctricas, los núcleos de los transformadores y otros equipos. Además, las pérdidas de energía pueden aumentar debido a un mal dimensionamiento de los conductores, conexiones inadecuadas y fallos de alta impedancia. La magnitud de las pérdidas de energía depende principalmente del patrón de carga de las líneas de distribución, así como de los tipos de carga. En los sistemas de distribución eléctrica, la carga en las tres fases de los alimentadores primarios y las líneas secundarias suele estar desequilibrada. El desequilibrio de la carga puede dar lugar a situaciones indeseables, entre las que se incluyen: i) el aumento de la corriente en la fase más cargada, ii) la presencia de corriente en el conductor neutro, iii) problemas de sobretensión en la fase menos cargada, y iv) el disparo del alimentador debido a la sobrecorriente del neutro. Las pérdidas de energía en las redes de distribución pueden variar significativamente en función del desequilibrio de la carga.