Modelo multiobjetivo para la gestión de energía en generadores fotovoltaicos conectados en redes de distribución considerando indicadores técnicos, económicos y ambientales

Esta investigación aborda el problema de optimizar el funcionamiento de fuentes de generación fotovoltaica (PV) dentro de redes de distribución de corriente alterna monofásica, considerando diversas funciones objetivo. El problema se plantea como un flujo de potencia óptimo multi-período aplicado a...

Full description

Autores:
Jimenez Perdomo, Jorge Ezequiel
Gonzalez Escobar, Rhonal Stiven
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Repositorio:
RIUD: repositorio U. Distrital
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.udistrital.edu.co:11349/42554
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/11349/42554
Palabra clave:
Generación fotovoltaica
Optimización multiobjetivo
Redes de distribución
Ingeniería eléctrica
Ingeniería Eléctrica-- Tesis y disertaciones académicas
Redes eléctricas -- Ingeniería eléctrica
Análisis de circuitos eléctricos -- Redes eléctricas
Calentamiento global -- Clima
Photovoltaic generation
Multi-objective optimization
Distribution networks
Electrical engineering
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License
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional
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description Esta investigación aborda el problema de optimizar el funcionamiento de fuentes de generación fotovoltaica (PV) dentro de redes de distribución de corriente alterna monofásica, considerando diversas funciones objetivo. El problema se plantea como un flujo de potencia óptimo multi-período aplicado a redes de distribución de corriente alterna, lo que resulta en un modelo de programación no lineal con una estructura no convexa. Se incorporan tres funciones objetivo distintas en el modelo de optimización, cada una optimizada individualmente. Estos objetivos incluyen: (i) costos operativos, que abarcan los costos de compra de energía en el bus de la subestación o nodo slack junto con los costos de mantenimiento de los paneles fotovoltaicos; (ii) costos por pérdida de energía dado las características resistivas e inductivas de los conductores utilizados en la distribución de energía eléctrica; y (iii) emisiones totales de CO$_2$ en el bus de la subestación. El objetivo es minimizar estas tres funciones dentro de un marco operativo de 24 horas, es decir, en un entorno operativo con un día de anticipación teniendo en cuenta el método de despacho horario que se maneja en Colombia. Se utiliza el software especializado Julia y sus solucionadores JuMP e Ipopt para resolver el modelo NLP que representa el problema. Se realizan validaciones numéricas utilizando dos alimentadores de prueba reales y diferentes: uno diseñado para imitar las características de operación urbana en el Área Metropolitana de Medellín, que comprende 33 nodos, y el otro adaptado a condiciones de operación rural aislada en el departamento de Chocó, Colombia (específicamente el municipio de Capurganá), con 27 nodos. Se realizan análisis numéricos comparativos que involucran varios métodos de optimización combinatoria de la literatura especializada para demostrar la eficacia del software Julia logrando la distribución óptima con un día de anticipación de fuentes de PV en ambas redes de distribución.
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Estos objetivos incluyen: (i) costos operativos, que abarcan los costos de compra de energía en el bus de la subestación o nodo slack junto con los costos de mantenimiento de los paneles fotovoltaicos; (ii) costos por pérdida de energía dado las características resistivas e inductivas de los conductores utilizados en la distribución de energía eléctrica; y (iii) emisiones totales de CO$_2$ en el bus de la subestación. El objetivo es minimizar estas tres funciones dentro de un marco operativo de 24 horas, es decir, en un entorno operativo con un día de anticipación teniendo en cuenta el método de despacho horario que se maneja en Colombia. Se utiliza el software especializado Julia y sus solucionadores JuMP e Ipopt para resolver el modelo NLP que representa el problema. Se realizan validaciones numéricas utilizando dos alimentadores de prueba reales y diferentes: uno diseñado para imitar las características de operación urbana en el Área Metropolitana de Medellín, que comprende 33 nodos, y el otro adaptado a condiciones de operación rural aislada en el departamento de Chocó, Colombia (específicamente el municipio de Capurganá), con 27 nodos. Se realizan análisis numéricos comparativos que involucran varios métodos de optimización combinatoria de la literatura especializada para demostrar la eficacia del software Julia logrando la distribución óptima con un día de anticipación de fuentes de PV en ambas redes de distribución.This research addresses the problem of optimizing the operation of photovoltaic (PV) generation sources within single-phase alternating current distribution networks, considering various objective functions. The problem is posed as a multi-period optimal power flow applied to alternating current distribution networks, resulting in a non-linear programming (NLP) model with a non-convex structure. Three different objective functions are incorporated into the optimization model, each individually optimized. These objectives include: (i) operating costs, which cover the costs of purchasing energy at the substation bus or slack node along with the maintenance costs of the photovoltaic panels; (ii) costs for energy loss given the resistive and inductive characteristics of the conductors used in the distribution of electrical energy; and (iii) total CO2 emissions on the substation bus. The objective is to minimize these three functions within a 24-hour operational framework, that is, in an operational environment with one day in advance taking into account the hourly dispatch method used in Colombia. The specialized software Julia and its solvers JuMP and Ipopt are used to solve the NLP model that represents the problem. Numerical validations are carried out using two real and different test feeders: one designed to imitate the characteristics of urban operation in the Metropolitan Area of Medellín, which comprises 33 nodes, and the other adapted to isolated rural operation conditions in the department of Chocó, Colombia (specifically the municipality of Capurganá), with 27 nodes. Comparative numerical analyzes involving various combinatorial optimization methods from the literature are performed to demonstrate the effectiveness of the Julia software in achieving optimal one-day advance distribution of PV sources in both distribution networks.pdfspaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Abierto (Texto Completo)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Generación fotovoltaicaOptimización multiobjetivoRedes de distribuciónIngeniería eléctricaIngeniería Eléctrica-- Tesis y disertaciones académicasRedes eléctricas -- Ingeniería eléctricaAnálisis de circuitos eléctricos -- Redes eléctricasCalentamiento global -- ClimaPhotovoltaic generationMulti-objective optimizationDistribution networksElectrical engineeringModelo multiobjetivo para la gestión de energía en generadores fotovoltaicos conectados en redes de distribución considerando indicadores técnicos, económicos y ambientalesMulti-objective model for energy management in photovoltaic generators connected in distribution networks considering technical, economic and environmental indicatorsbachelorThesisMonografíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fORIGINALJimenezPerdomoJorgeEzequiel2024.pdfJimenezPerdomoJorgeEzequiel2024.pdfTrabajo de gradoapplication/pdf947995https://repository.udistrital.edu.co/bitstreams/c5ebf487-3610-4391-86d2-32c60b5823b7/downloada0228fe0abb234099feebcfb7e1dda8dMD51Licencia de uso y publicacion.pdfLicencia de uso y publicacion.pdfLicencia de uso y autorizaciónapplication/pdf219940https://repository.udistrital.edu.co/bitstreams/f7253630-bb79-4efb-95f7-8540f7e982e0/downloada40500e79d2b1f460d275b7ac885453dMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805https://repository.udistrital.edu.co/bitstreams/b52bd580-7d72-4221-b5d4-e1dc10063152/download4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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