Optimización Volt/Var en sistemas de distribución usando Julia
: figuras, tablas
- Autores:
-
Osorio Galeano, Brayner
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/16438
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/16438
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines
2. Ingeniería y Tecnología::2B. Ingenierías Eléctrica, Electrónica e Informática
Regulación de tensión
Pérdidas de energía
Sistemas de distribución
Julia
ODS 7: Energía asequible y no contaminante. Garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos
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[Amuna et al., 2021] Amuna, A. M., Karandeh, R., and Cecchi, V. (2021). Vol- tage regulation in distribution systems using distributed energy resources. In SoutheastCon 2021, pages 1–7. IEEE. [Arshad and Lehtonen, 2019] Arshad, A. and Lehtonen, M. (2019). A stochastic assessment of pv hosting capacity enhancement in distribution network utilizing voltage support techniques. IEEE Access, 7:46461–46471. [Bezanson et al., 2017] Bezanson, J., Edelman, A., Karpinski, S., and Shah, V. B. (2017). Julia: A fresh approach to numerical computing. SIAM review, 59(1):65– 98. [Ceylan et al., 2014] Ceylan, O., Liu, G., Xu, Y., and Tomsovic, K. (2014). Distri- bution system voltage regulation by distributed energy resources. In 2014 North American power symposium (NAPS), pages 1–5. IEEE. [Costa-Campi et al., 2018] Costa-Campi, M. T., Davi Arderius, D., and Trujillo- Baute, E. (2018). The economic impact of electricity losses. Energy economics, 75:309–322. [Daratha et al., 2013] Daratha, N., Das, B., and Sharma, J. (2013). Coordination between oltc and svc for voltage regulation in unbalanced distribution system distributed generation. IEEE Transactions on Power Systems, 29(1):289–299. [Debian Project, ] Debian Project. The computer language benchmarks game. https://benchmarksgame-team.pages.debian.net/benchmarksgame/. Acces- sed on: 22nd January 2024. [Demailly et al., 2005] Demailly, F., Ninet, O., and Even, A. (2005). Numerical tools and models for monte carlo studies of the influence on embedded generation on voltage limits in lv grids. IEEE Transactions on Power Delivery, 20(3):2343–2350. [Deshmukh et al., 2012] Deshmukh, S., Natarajan, B., and Pahwa, A. (2012). Vol- tage/var control in distribution networks via reactive power injection through distributed generators. IEEE Transactions on smart grid, 3(3):1226–1234. [Garc ́es-Ruiz, 2024] Garc ́es-Ruiz, A. (2024). Una revisi ́on del ́algebra matricial para aplicaciones de potencia y energ ́ıa. arXiv preimpresi ́on arXiv:2405.06452. [Hossain et al., 2016] Hossain, M. I., Yan, R., and Saha, T. K. (2016). Investigation of the interaction between step voltage regulators and large-scale photovoltaic systems regarding voltage regulation and unbalance. IET Renewable Power Ge- neration, 10(3):299–309. [Hrisheekesha and Sharma, 2010] Hrisheekesha, P. and Sharma, J. (2010). Evolu- tionary algorithm based optimal control distribution system dispersed generation. International Journal of Computer Applications, 975:8887. [Jabr, 2019] Jabr, R. A. (2019). Robust volt/var control with photovoltaics. IEEE Transactions on Power Systems, 34(3):2401–2408. [Li et al., 2010] Li, H., Li, F., Xu, Y., Rizy, D. T., and Kueck, J. D. (2010). Adaptive voltage control with distributed energy resources: Algorithm, theoretical analysis, simulation, and field test verification. IEEE Transactions on Power Systems, 25(3):1638–1647. [Li et al., 2018] Li, S., Sun, Y., Ramezani, M., and Xiao, Y. (2018). Artificial neural networks for volt/var control of der inverters at the grid edge. IEEE Transactions on Smart Grid, 10(5):5564–5573. [Mancarella et al., 2011] Mancarella, P., Gan, C. K., and Strbac, G. (2011). Op- timal design of low-voltage distribution networks for co2 emission minimisation. part i: model formulation and circuit continuous optimisation. IET generation, transmission distribution, 5(1):38–46. [Meirinhos et al., 2017] Meirinhos, J. L., Rua, D. E., Carvalho, L. M., and Madu- reira, A. G. (2017). Multi-temporal optimal power flow for voltage control in mv networks using distributed energy resources. Electric Power Systems Research, 146:25–32. [Miranda and Fonseca, 2002] Miranda, V. and Fonseca, N. (2002). Epso- evolutionary particle swarm optimization, a new algorithm with applications in power systems. 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[Rudion et al., 2006] Rudion, K., Styczynski, Z., Hatziargyriou, N., Papathanassiou, S., Strunz, K., Ruhle, O., Orths, A., and Rozel, B. (2006). Development of bench- marks for low and medium voltage distribution networks with high penetration of dispersed generation. CIGRE Report. [Senjyu et al., 2008] Senjyu, T., Miyazato, Y., Yona, A., Urasaki, N., and Funa- bashi, T. (2008). Optimal distribution voltage control and coordination with distributed generation. IEEE Transactions on power delivery, 23(2):1236–1242. [The Julia Project, ] The Julia Project. Julia language. https://julialang.org/. Accessed on: 22nd January 2024. [V ́ıtor et al., 2020] V ́ıtor, T. S., Asada, E. N., and de Melo Vieira, J. C. (2020). Optimal volt/var control applied to modern distribution systems. Handbook of Optimization in Electric Power Distribution Systems, pages 1–56. [Yan et al., 2004] Yan, W., Lu, S., and Yu, D. C. (2004). 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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGarcés Ruíz, AlejandroOsorio Galeano, Brayner2025-11-07T14:14:49Z2025-11-07T14:14:49Z2024https://hdl.handle.net/11059/16438Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/home: figuras, tablasEste trabajo de grado aborda el problema de las pérdidas de energía y la regulación de tensión en los sistemas de distribución. En Colombia, así mismo como a nivel mundial, gestionar la energía de manera eficiente es crucial para enfrentar desafíos actuales y futuros, y las metodologías actuales no alcanzan su máximo potencial en este aspecto. Las técnicas evolutivas usadas comúnmente son lentas y costosas, y no optimizan simultáneamente la regulación de tensión y la minimización de perdidas de energía. Por tal razón este trabajo propone una solución utilizando un modelo de optimización Volt/Var con el lenguaje de programación Julia, que se destaca por su agilidad y eficiencia computacional. Este modelo permite una integración óptima de la regulación de tensión y la reducción de perdidas de energía, mejorando la eficiencia del sistema. Los resultados demuestran una reducción significativa en las violaciones de los límites de tensión, mejorando así la calidad del suministro eléctrico.This thesis addresses the problem of energy losses and voltage regulation in distribution systems. In Colombia, as well as worldwide, managing energy efficiently is crucial to meeting current and future challenges, and current methodologies do not reach their full potential in this regard. Commonly used evolutionary techniques are slow and costly, and do not simultaneously optimize voltage regulation and minimize energy losses. For this reason, this thesis proposes a solution using a Volt/Var optimization model with the Julia programming language, which stands out for its agility and computational efficiency. This model allows for optimal integration of voltage regulation and energy loss reduction, improving system efficiency. The results demonstrate a significant reduction in voltage limit violations, thus improving the quality of the electricity supply.1. Introducci ́on 4 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2. Justificaci ́on del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3.2. Objetivos espec ́ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.4. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.5. Lenguaje Julia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.6. Estructura del trabajo de grado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.7. Notaci ́on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. Modelizado 10 2.1. Modelizaci ́on del sistema el ́ectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2. Optimizaci ́on del sistema el ́ectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3. Metodolog ́ıa 15 3.1. Recolecci ́on de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2. Creaci ́on de la matriz Ybus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.3. Creaci ́on de la matriz YNN y el vector yN S . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.4. Creaci ́on del vector de demandas sN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.5. C ́alculo del flujo de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.6. C ́alculo del vector de corrientes iM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.7. Optimizaci ́on del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4. Resultados 21 4.1. Sistema IEEE de 1464 nodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.1.1. Caso base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.1.2. Optimizaci ́on Volt/Var del sistema . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2. Sistema IEEE de 14 nodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.2.1. Caso base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.2.2. Optimizaci ́on Volt/Var del sistema . . . . . . . . . . . . . . . 38 5. Conclusiones 46PregradoIngeniero(a) Electricista50 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines2. Ingeniería y Tecnología::2B. Ingenierías Eléctrica, Electrónica e InformáticaRegulación de tensiónPérdidas de energíaSistemas de distribuciónJuliaODS 7: Energía asequible y no contaminante. Garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todosOptimización Volt/Var en sistemas de distribución usando JuliaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisPereira, Risaralda, Colombia[Amuna et al., 2021] Amuna, A. M., Karandeh, R., and Cecchi, V. (2021). Vol- tage regulation in distribution systems using distributed energy resources. In SoutheastCon 2021, pages 1–7. IEEE.[Arshad and Lehtonen, 2019] Arshad, A. and Lehtonen, M. (2019). A stochastic assessment of pv hosting capacity enhancement in distribution network utilizing voltage support techniques. IEEE Access, 7:46461–46471.[Bezanson et al., 2017] Bezanson, J., Edelman, A., Karpinski, S., and Shah, V. B. (2017). Julia: A fresh approach to numerical computing. SIAM review, 59(1):65– 98.[Ceylan et al., 2014] Ceylan, O., Liu, G., Xu, Y., and Tomsovic, K. (2014). Distri- bution system voltage regulation by distributed energy resources. In 2014 North American power symposium (NAPS), pages 1–5. IEEE.[Costa-Campi et al., 2018] Costa-Campi, M. T., Davi Arderius, D., and Trujillo- Baute, E. (2018). The economic impact of electricity losses. Energy economics, 75:309–322.[Daratha et al., 2013] Daratha, N., Das, B., and Sharma, J. (2013). Coordination between oltc and svc for voltage regulation in unbalanced distribution system distributed generation. IEEE Transactions on Power Systems, 29(1):289–299.[Debian Project, ] Debian Project. The computer language benchmarks game. https://benchmarksgame-team.pages.debian.net/benchmarksgame/. Acces- sed on: 22nd January 2024.[Demailly et al., 2005] Demailly, F., Ninet, O., and Even, A. (2005). 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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