Feeder reconfiguration is performed by changing the open/close status of two types of switches: normally open tie switches and normally closed sectionalizing switches. A whole feeder or part of a feeder may be served from another feeder by closing a tie switch linking the two while an appropriate sectionalizing switch must be opened to maintain the radial structure of the system. Feeder reconfiguration is mainly aiming to reduce the system overall power losses and improve voltage profile. In this dissertation, several approaches have been proposed to reconfigure the radial distribution networks including the potential impact of integrating Distributed Energy Resources (DER) into the grid. These approaches provide a Fast-Genetic Algorithm “FGA” in which the size and convergence speed is improved compared to the conventional genetic algorithm. The size of the population matrix is also smaller because of the simple way of constructing the meshed network. Additionally, FGA deals with integer variable instead of a binary one, which makes FGA a unique method. The number of the mesh/loop is based on the number of tie switches in a particular network. The validity of the proposed FGA is investigated by comparing the obtained results with the one obtained from the most recent approaches. The second the approach is the implementation of the Differential Evolution (DE) algorithm. DE is a population-based method using three operators including crossover, mutation, and selection. It differs from GA in that genetic algorithms rely on crossover while DE relies on mutation. Mutation is based on the differences between randomly sampled pairs of solutions in the population. DE has three advantages: the ability to find the global optimal result regardless of the initial values, fast convergence, and requirement of a few control parameters. DE is a well-known and straightforward population-based probabilistic approach for comprehensive optimization. In distribution systems, if a utility company has the right to control the location and size of distributed generations, then the location and size of DGs may be determined based on some optimization methods. This research provides a promising approach to finding the optimal size and location of the planned DER units using the proposed DE algorithm. DGs location is obtained using the sensitivity of power losses with respect to real power injection at each bus. Then the most sensitive bus is selected for installing the DG unit. Because the integration of the DG adds positive real power injections, the optimal location is the one with the most negative sensitivity in order to get the largest power loss reduction. Finally, after the location is specified, the proposed Differential Evolution Algorithm (DEA) is used to obtain the optimal size of the DG unit. Only the feasible solutions that satisfy all the constraints are considered. The objective of installing DG units to the distribution network is to reduce the system losses and enhance the network voltage profile. Nowadays, these renewable DGs are required to equip with reactive power devices (such as static VAR compensators, capacitor banks, etc.), to provide reactive power as well as to control the voltage at their terminal bus. DGs have various technical benefits such as voltage profile improvement, relief in feeder loading, power loss minimization, stability improvement, and voltage deviation mitigation. The distributed generation may not achieve its full potential of benefits if placed at any random location in the system. It is necessary to investigate and determine the optimum location and size of the DG. Most distribution networks are radial in nature with limited short-circuit capacity. Therefore, there is a limit to which power can be injected into the distribution network without compromising the power quality and the system stability. This research is aiming to investigate this by applying DG technologies to the grid and keeping the system voltage within a defined boundary [0.95 - 1.05 p.u]. The requirements specified in IEEE Standard 1547 are considered. This research considers four objectives related to minimization of the system power loss, minimization of the deviations of the nodes voltage, minimization of branch current constraint violation, and minimization of feeder’s currents imbalance. The research formulates the problem as a multi-objective problem. The effectiveness of the proposed methods is demonstrated on different revised IEEE test systems including 16 and 33-bus radial distribution system.

Submitted by NATALIA PATINO CARDONA null (npatcar@gmail.com) on 2016-03-15T18:03:52Z No. of bitstreams: 1 Natalia_Patino_Cardona.pdf: 3586616 bytes, checksum: 280eb15150f150a3d1e6d5b25ffb2c20 (MD5) / Approved for entry into archive by Sandra Manzano de Almeida (smanzano@marilia.unesp.br) on 2016-03-15T18:17:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cardona_np_me_ilha.pdf: 3586616 bytes, checksum: 280eb15150f150a3d1e6d5b25ffb2c20 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-15T18:17:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cardona_np_me_ilha.pdf: 3586616 bytes, checksum: 280eb15150f150a3d1e6d5b25ffb2c20 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma proposta baseada na metodologia multipartida para a resolução do Problema de Reconfiguração de Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica, de natureza combinatória e modelado como um problema de Programação Não Linear Inteiro Misto. O objetivo principal deste trabalho é encontrar a topologia radial ótima para minimizar as perdas ativas dos sistemas de distribuição, e para isso é preciso, primeiramente, a resolução de um problema de fluxo de potência para sistemas fracamente malhados onde é calculada a potência aparente do sistema, a qual vai ser utilizada pelo algoritmo de Prim como o peso para a geração das soluções iniciais radiais de boa qualidade. Para implementar a metodologia proposta deve-se desenvolver também um algoritmo de fluxo de potência radial, utilizado para calcular tanto as perdas ativas do sistema (função objetivo do problema), como para verificar a factibilidade das propostas de solução. Nesta primeira etapa é feita uma variação aleatória dos pesos dos ramos, e são resolvidos tantos problemas de fluxo de potência radial quanto soluções aleatórias obtidas, para encontrar soluções de boa qualidade próximas ao ótimo. Finalmente, é feita uma busca local através da troca de ramos como tentativa para encontrar a solução ótima. As soluções obtidas pela metodologia proposta são obtidas através da programação de algoritmos implementados em linguagem C++. Os resultados obtidos mostram a eficiência da aplicação da metodologia, estes resultados foram comparados com os existentes na literatura e os obtidos pela resolução de um modelo de otimização resolvido com o solver comercial CPLEX. / This work presents a proposal based on multi-start methodology for the solution of the distribution network reconfiguration problem, of combinatorial nature and modeled as a mixed-integer nonlinear programming problem. The main objective of this work is to find the optimal radial topology to minimize active power losses in distribution systems. This requires, at first, the resolution of a power flow problem for weakly meshed systems where the apparent power of the system is calculated, which will be used by the Prim algorithm as the weight for generating the radial initial good quality solution. To implement the proposed methodology is also developed a radial power flow algorithm, used to calculate both the active system losses (objective function of the problem) and to verify the feasibility of the proposed solutions. In this first stage is made a random variation of the weights of branches, and there are solved as many radial power flows as random solutions obtained, to find good quality solutions close to optimal. Finally, a local search is made by doing an exchange of branches as an attempt to find the optimal solution. The solutions obtained by the proposed method are acquired by programming algorithms implemented in C ++ language. The results show the effectiveness of the application of the methodology. These results were compared with those in the literature and those obtained by solving an optimization model solved by the commercial solver CPLEX.

With the emergence of the concept of Smart Grid (SG), the Power Distribution Systems are undergoing major changes in the way it is operated, studied and analyzed. The breakthrough technology of measurement, automation, control and telecommunication equipment, together with the reduction of the costs of acquisition and implementation, allowed Brazilian electric utilities to invest in automation, control and telecommunication, facing distribution networks. This technological development applied in the networks allows new studies and new methodologies to be developed and implemented by utilities in order to improve their technical and operational performance. Many studies are being conducted in order to propose automatic reconfiguration in the distribution networks, automatic restoration and distribution management system in real time, aiming to optimize the loads distribution, reduce energy losses, improve system reliability and the quality indicators of power supply, among other possible needs of the distribution company. Nowadays a fairly explored point is the switching through automatic devices, which have criteria and assumptions for execution in the network. Among the criteria and assumptions, there is the guarantee of coordination and selectivity of protective devices involved in the reconfiguration after switching and consequent topological change. The need for analysis of protective devices and possible reparameterization of them, justifies the development of a methodology through computational solution, able to analyze the coordination and selectivity of the devices (microprocessor reclosers) after network changes. It is due to this niche opportunities caused by technological development and changes in operating philosophy of distribution networks, that this dissertation has as main objective to develop a methodology to validate the operation condition of protective devices, ensuring the safety and system reliability and proposing new protection settings when needed, which consequently will allow network reconfigurations. / Com o surgimento do conceito de Smart Grid (SG), os Sistemas de Distribuição de Energia vêm sofrendo grandes modificações em sua forma de operação, estudo e análise. O grande avanço tecnológico dos equipamentos de medição, automação, controle e telecomunicação, aliado à redução dos custos de aquisição e implementação, permitiu que as distribuidoras brasileiras de energia elétrica realizassem grandes investimentos em automação, controle e telecomunicação, voltados para redes de distribuição. Este avanço tecnológico aplicado nas redes permite que novos estudos e novas metodologias sejam desenvolvidos e aplicados pelas concessionárias, a fim de melhorar o seu desempenho técnico operacional. Muitos estudos estão sendo realizados com o intuito de propor reconfigurações automáticas nas redes de distribuição, recomposição automática e gerenciamento do sistema em tempo real, sempre com o objetivo de otimizar a distribuição das cargas, reduzir as perdas de energia, melhorar a confiabilidade do sistema e os indicadores de qualidade do fornecimento de energia, entre outras possíveis necessidades da respectiva distribuidora. Atualmente um ponto bastante explorado são os chaveamentos através de dispositivos automatizados, os quais possuem critérios e premissas para efetivação em campo. Dentre os critérios e premissas, destaca-se a garantia da coordenação e seletividade dos equipamentos de proteção envolvidos na reconfiguração após a realização do chaveamento e consequente mudança topológica. A necessidade de análise dos dispositivos de proteção e possível reparametrização dos mesmos justifica o desenvolvimento de uma metodologia através de solução computacional, capaz de analisar a coordenação e seletividade dos dispositivos (religadores microprocessados), após mudanças na rede. É devido a este nicho de oportunidades causadas pelo desenvolvimento tecnológico e pelas mudanças na filosofia de operação das redes de distribuição, que esta dissertação tem por objetivo principal desenvolver uma metodologia que permita validar a condição de operação dos dispositivos de proteção, garantindo a segurança e a confiabilidade do sistema e propondo novos ajustes de proteção quando necessário, o que consequentemente permitirá reconfigurações de rede.

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta baseada na metodologia multipartida para a resolução do Problema de Reconfiguração de Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica, de natureza combinatória e modelado como um problema de Programação Não Linear Inteiro Misto. O objetivo principal deste trabalho é encontrar a topologia radial ótima para minimizar as perdas ativas dos sistemas de distribuição, e para isso é preciso, primeiramente, a resolução de um problema de fluxo de potência para sistemas fracamente malhados onde é calculada a potência aparente do sistema, a qual vai ser utilizada pelo algoritmo de Prim como o peso para a geração das soluções iniciais radiais de boa qualidade. Para implementar a metodologia proposta deve-se desenvolver também um algoritmo de fluxo de potência radial, utilizado para calcular tanto as perdas ativas do sistema (função objetivo do problema), como para verificar a factibilidade das propostas de solução. Nesta primeira etapa é feita uma variação aleatória dos pesos dos ramos, e são resolvidos tantos problemas de fluxo de potência radial quanto soluções aleatórias obtidas, para encontrar soluções de boa qualidade próximas ao ótimo. Finalmente, é feita uma busca local através da troca de ramos como tentativa para encontrar a solução ótima. As soluções obtidas pela metodologia proposta são obtidas através da programação de algoritmos implementados em linguagem C++. Os resultados obtidos mostram a eficiência da aplicação da metodologia, estes resul... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents a proposal based on multi-start methodology for the solution of the distribution network reconfiguration problem, of combinatorial nature and modeled as a mixed-integer nonlinear programming problem. The main objective of this work is to find the optimal radial topology to minimize active power losses in distribution systems. This requires, at first, the resolution of a power flow problem for weakly meshed systems where the apparent power of the system is calculated, which will be used by the Prim algorithm as the weight for generating the radial initial good quality solution. To implement the proposed methodology is also developed a radial power flow algorithm, used to calculate both the active system losses (objective function of the problem) and to verify the feasibility of the proposed solutions. In this first stage is made a random variation of the weights of branches, and there are solved as many radial power flows as random solutions obtained, to find good quality solutions close to optimal. Finally, a local search is made by doing an exchange of branches as an attempt to find the optimal solution. The solutions obtained by the proposed method are acquired by programming algorithms implemented in C ++ language. The results show the effectiveness of the application of the methodology. These results were compared with those in the literature and those obtained by solving an optimization model solved by the commercial solver CPLEX. / Mestre

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-02-09T12:44:05Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Romário Pereira Marinho - 2017.pdf: 13877023 bytes, checksum: acc279d7703902ca281c2659e82477a2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-02-09T12:44:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Romário Pereira Marinho - 2017.pdf: 13877023 bytes, checksum: acc279d7703902ca281c2659e82477a2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-09T12:44:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Romário Pereira Marinho - 2017.pdf: 13877023 bytes, checksum: acc279d7703902ca281c2659e82477a2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The purpose of this work is the solution of the distribution network problem to minimize active power losses using meta-heuristics based on multistart methodology and tabu search. The initialization of both methodologies will be done by solving a power flow for weakly meshed systems whose apparent power will be used by Prim’s algorithm as the weight, which will generate good initial radial topologies. The local searchs implemented are through brach exchanges that aim to improve the solution. The solutions are obtained by programming algorithms implemented in C++ language, which aim to minimize the losses in the distribution feeders. This dissertation is the result of efforts made in the initial stages of the CELG D’s Research and Development (R&D) project, ANEEL’s code PD-6072-0302 / 2015. Therefore, it is one of the project’s by-products entitled: " Sistema de Apoio à Decisão para Restauração de Redes de Distribuição de Energia Elétrica Considerando Curvas de Carga dos Transformadores das Subestações / O objetivo deste trabalho é resolver o Problema de Reconfiguração de Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica com foco na minimização das perdas elétricas do sistema através das metodologias metaheurísticas Multipartida e Busca Tabu. A inicialização de ambas metodologias dar-se-á através da resolução de um fluxo de potência para sistemas fracamente malhados cujas potências aparentes resultantes serão utilizadas como pesos ideais no Algoritmo de Prim, o qual gerará topologias iniciais radiais de boa qualidade. As buscas locais adotadas através das trocas ramos visam melhorar a solução inicial obtida. Soluções de reconfiguração de redes elétricas de 14, 33, 84, 136 e 417 nós são obtidas através da programação de algoritmos implementados em linguagem C++, as quais têm como objetivo minimizar as perdas nos alimentadores de distribuição. Esta dissertação é resultado de esforços realizados nas etapas iniciais do projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) da CELG D, código ANEEL PD-6072- 0302/2015. Portanto, constitui-se em um dos subprodutos do projeto intitulado: “Sistema de Apoio à Decisão para Restauração de Redes de Distribuição de Energia Elétrica Considerando Curvas de Carga dos Transformadores das Subestações”.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AgneloCoelho.pdf: 1955217 bytes, checksum: bdaabbadfbcefa2a1d4e8f8926759c45 (MD5) Previous issue date: 2006-03-10 / The distribution utilities must satisfy two concurrent objectives during planning process of the electric network: minimization of the investment cost and the satisfaction of reliability targets. An alternative to satisfy these objectives is to include low cost alternatives in the planning process. One of these alternatives is the reconfiguration of the distribution network. The reconfiguration of the distribution network can reduce the loss and balance the loads in the system only with opening and closing of switches without additional investment cost. In addition to reconfiguration, another alternative of low cost is the Distributed Generation (DG) allocation. This alternative became feasible due to the recent technological advances in the building of turbines that reduced significantly the costs of energy generation. In this way, the DG is a attractive option to satisfy the demand growth and minimize the costs associated with: building of new substations, feeder reconductoring and transformer upgrading. Consequently, is opportune to develop methodologies that include the reconfiguration and the DG in the planning of the distribution network. This dissertation presents the development of two methodologies for the planning of distribution networks: reconfiguration and optimal allocation of DG. The first part of the dissertation presents the development of the methodology for the network reconfiguration. Usually, the reconfiguration is carried out with the following objectives: minimization of the electric losses, voltage profile correction and load balancing between feeders. In this dissertation, in addition to these objectives, reliability constraints have been included in the reconfiguration methodology. This methodology is based on the combination of the following techniques: power flow algorithm, based on the Power Summation Method, to estimate the state of the network; analytic techniques to estimate the reliability indices and Tabu Search to identify the optimal topology. The second part of the research work presents the development of the methodology for the allocation of DG. This methodology has as objective to attend a forecasted demand level without violating operational constraints of the network (feeders loading and voltage drops) and minimizing the interruption costs through the DG allocation. These objectives are satisfied minimizing the cost/worth ratio between the installation/operation costs of DG and the costs associated with: interruptions, noncommercialized, energy purchases and electric losses. The minimization of the cost/worth ratio described above has been carried out by combining the following techniques: analytic approaches to estimate the impact of DG in the reliability indices, load flow algorithm to estimate the losses and violations in the operational constraints and genetic algorithms to maximize the cost worth ratio. The impact of the DG in the reliability indices has been considered including network constraints (voltage drop and feeder loading) in the predictive reliability model. The models and techniques proposed in this dissertation for the reconfiguration and DG allocation have been validated and applied in two large scale substations belonging to distribution network of the Electricity Utility of Maranhão - CEMAR. The results obtained with the algorithm of reconfiguration demonstrated that the proposed methodology was capable of reducing the losses in the feeders without deteriorating the reliability. Furthermore, the application of the methodology of DG allocation in the test system resulted in a cost/worth ratio lower than one. / As empresas de distribuição de energia elétrica devem satisfazer dois objetivos concorrentes durante o processo de planejamento da rede elétrica: minimizar os custos de investimento e satisfazer as metas de continuidade. Uma alternativa para satisfazer estes objetivos é incluir alternativas de projeto com baixo custo de investimento no processo de planejamento. Uma destas alternativas é a reconfiguração da rede de distribuição. A reconfiguração da rede de distribuição pode reduzir as perdas e balancear a carga do sistema apenas com a abertura e o fechamento de chaves sem nenhum custo de investimento adicional. Além da reconfiguração, uma outra alternativa de baixo custo de investimento é a alocação de Geração Distribuída (GD). Esta alternativa tornou-se factível devido aos recentes avanços tecnológicos na construção de turbinas que reduziram significativamente os custos de geração de energia. Desta forma, a GD é uma opção atrativa para atender o crescimento da demanda e minimizar os custos associados com: construção de novas subestações, recondutoramento de alimentadores e repotencialização de transformadores. Consequentemente, é oportuno desenvolver metodologias que incorporem a reconfiguração e a GD no processo de planejamento da rede de distribuição. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de duas metodologias para planejamento de redes de distribuição: reconfiguração e alocação ótima de geração distribuída. A primeira parte do trabalho apresenta o desenvolvimento da metodologia para reconfiguração de redes. Geralmente, a reconfiguração é realizada com o objetivo de minimizar as perdas elétricas, melhorar perfil de tensão e para balancear cargas entre alimentadores. Neste trabalho, além destes objetivos, restrições de confiabilidade são incluídas na metodologia de reconfiguração. Esta metodologia se baseia na combinação das seguintes técnicas: algoritmo de fluxo de carga, baseado no método de Soma de Potências, para estimar o estado da rede, métodos analíticos para estimar os índices de confiabilidade e no algoritmo de Busca Tabu para identificar a topologia ótima. A segunda parte do trabalho apresenta o desenvolvimento da metodologia para a alocação ótima de geração distribuída. Esta metodologia tem como objetivo atender um nível de demanda previsto sem violar restrições operacionais da rede (carregamento dos alimentadores e queda de tensão) e minimizar os custos de interrupção através da alocação de GD. Estes objetivos são satisfeitos minimizando-se a relação custo/benefício entre os custos de instalação/operação da GD e os custos associados com: interrupções, energia não-faturada, compra de energia e perdas elétricas. A minimização da relação custo/benefício descrita acima foi realizada combinando-se as seguintes técnicas: métodos analíticos para estimar o impacto do GD nos índices de confiabilidade, algoritmo de fluxo de carga para estimar as perdas e violações nas restrições operacionais e algoritmos genéticos para minimizar a relação custo/benefício. O impacto da GD nos índices de confiabilidade foi considerado incluindo-se restrições de rede (queda de tensão e carregamento dos alimentadores) no modelo de confiabilidade preditivo. Os modelos e técnicas propostos nesta dissertação para reconfiguração e alocação de GD foram validados e aplicados em duas subestações de grande porte da rede de distribuição da Companhia Energética do Maranhão - CEMAR. Os resultados obtidos com o algoritmo de reconfiguração demonstraram que a metodologia proposta foi capaz de reduzir as perdas nos alimentadores sem deteriorar a confiabilidade. Além disso, a aplicação da metodologia de alocação de GD no sistema teste resultou em uma relação custo/benefício menor que 1.0.

In normal operation, the reconfiguration of distribution network can reduce losses, balance loads and improve quality indicators. The increasing use of remote controlled equipment in power systems leads the development of more efficient techniques for automatic reconfiguration of network, being particularly important in Smart Grid applications. This thesis presents a methodology and system for automatic reconfiguration of distribution network in real time. The optimization of the network performance is based on a heuristic method and multicriterial analysis. The work relies on the AHP (Analytic Hierarchy Process) method to define weights for the optimization criteria and to determine the best switching sequence for the network. In addition, the analysis of the technical feasibility of connecting feeders in parallel during the reconfiguration is also considered, focusing on determining transient constraints. The method assumes that only the remote controlled switches are analyzed. The developed algorithms are integrated into a supervisory system, which allows real time measurements and commands to the equipment. The proposed methodology was validated with data from a real network of a power utility. / Em regime normal de operação, a reconfiguração de redes de distribuição permite reduzir perdas, balancear cargas e melhorar indicadores de qualidade. Com o aumento do uso de equipamentos telecomandados nos Sistemas de Potência, torna-se viável o desenvolvimento de sistemas que permitam que a reconfiguração da rede seja feita de forma automática. Essa abordagem vem ao encontro de técnicas atualmente aplicadas nas Redes Elétricas Inteligentes, ou Smart Grids. Este trabalho apresenta um sistema de reconfiguração automática de redes de distribuição, em tempo real, baseado em um método heurístico para determinação da melhor configuração. O método parte da premissa de que apenas as chaves telecomandadas são consideradas na análise. O método de análise multicriterial AHP (Analytic Hierarchy Process) é empregado para definir pesos para os critérios de otimização e determinar a melhor sequência de chaveamentos na rede. A análise da viabilidade técnica de ligação de alimentadores em paralelo durante a reconfiguração é abordada, com enfoque nas respostas em regime transitório e permanente do sistema. Os algoritmos desenvolvidos são integrados a um Sistema Supervisório, que permite monitorar dados em tempo real e aplicar os comandos de abertura e fechamento de chaves automaticamente. A metodologia proposta foi validada com dados de uma rede real de uma concessionária de energia elétrica.

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Celso Cavellucci / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:13:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_EdilsonAparecido_M.pdf: 1593593 bytes, checksum: ff2749c689002cc1c4de48ee0899defc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta uma nova visão para o problema de redução das perdas técnicas em sistemas de distribuição de energia elétrica, através de reconfiguração de redes. A principal inovação consiste em abordar o problema com a consideração explícita das variações de demandas, mas impondo-se a restrição de que as configurações devem permanecer fixas ao longo do período de planejamento. Esta característica abre a perspectiva de que a metodologia venha a ser usada na operação diária dos sistemas de distribuição. No entanto, leva a um problema de otimização bem mais complexo do que o caracterizado pela visão tradicional. Formulações para demandas fixas e variáveis são desenvolvidas. Duas metodologias distintas para abordagem do novo problema são elaboradas. A primeira utiliza a metodologia denominada Busca Menor Energia, inspirada na técnica de Abertura Seqüencial de Chaves. A segunda técnica, denominada Árvore de Aproximação, faz uso das idéias de árvore geradora de custo mínimo. Ambas são combinadas com uma busca local, denominada Troca de Ramos Generalizada, baseada na técnica de Troca de Ramos. Explora-se também uma extensão da metodologia Árvore de Aproximação caracterizada por associação com conceitos do método GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). Estudos de casos ilustram a aplicação das metodologias em redes de cidades brasileiras / Abstract: This work presents a new point of view for the technical losses reduction problem in electric power distribution systems, through network reconfigurations. The main innovation is the explicit consideration of demand variations and the use of a fixed configuration during the planning period. This last characteristic makes the methodology able to be used in the daily operation of distribution systems. However, it leads to an optimization problem more complex than approaches without demand variations. Formulations for fixed and variable demands are created. Two distinct methodologies for the resolution of the new problem are elaborated. The first one uses the Minimum Energy Losses methodology, inspired by the ¿Sequential Switch Opening¿ technique. The last one, called Approximation Tree, is based on algorithms for the minimum spanning tree problem. Both of them are combined with a local search procedure, called Branch Exchange by Energy, based on the ¿Branch Exchange¿ technique. An extension of the Approximation Tree methodology is proposed by using concepts of the well-known GRASP method (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). Case Studies demonstrate the application of the methodologies in Brazilian cities¿ networks / Mestrado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Rubén Augusto Romero Lazaro / Resumo: O problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em encontrar uma configuração radial por meio da permutação do estado das chaves (abertura ou fechamento) dos ramos de um sistema elétrico. O objetivo é de se alcançar a minimização das perdas elétricas. Cada configuração radial só é considerada factível se respeitar certas restrições operacionais como o limite de tensão nas barras e os limites de correntes nos circuitos. O modelo tratado neste trabalho apresenta explosão combinatória e difícil tratabilidade por meio de métodos convencionais de otimização. O problema, computacionalmente falando, é considerado Não-Polinomial Completo (NPC), pois não possui uma resposta em tempo polinomial a partir de uma entrada definida. Neste trabalho são apresentadas três técnicas meta-heurísticas para se tratar o problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica, totalmente diferentes entre uma e outra, atuando em conjunto, para somente um nível de demanda, no intuito de se encontrar a topologia ótima, com o objetivo de se minimizar as perdas elétricas ativas. Além disso, propôs-se modificar o paradigma clássico de implementação estático deste tipo de problema para o paradigma de programação dinâmica por meio de árvores com filhos variados a fim de que a estrutura de dados utilizada representasse fielmente um sistema de distribuição de energia elétrica na memória do computador. As meta-heurísticas implementadas foram a Greedy Rand... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Finding optimal configuration of power distribution systems topology is an NP-hard combinatorial optimization problem. It becomes more complex when time varying nature of loads in large-scale distribution systems is taken into account. In the second chapter of this dissertation, a systematic approach is proposed to tackle the computational burden of the procedure. To solve the optimization problem, a novel adaptive fuzzy based parallel genetic algorithm (GA) is proposed that employs the concept of parallel computing in identifying the optimal configuration of the network. The integration of fuzzy logic into GA enhances the efficiency of the parallel GA by adaptively modifying the migration rates between different processors during the optimization process. A computationally efficient graph encoding method based on Dandelion coding strategy is developed which automatically generates radial topologies and prevents the construction of infeasible radial networks during the optimization process. The main shortcoming of the proposed algorithm in Chapter 2 is that it identifies only one single solution. It means that the system operator will not have any option but relying on the found solution. That is why a novel hybrid optimization algorithm is proposed in the third chapter of this dissertation that determines Pareto frontiers, as candidate solutions, for multi-objective distribution network reconfiguration problem. Implementing this model, the system operator will have more flexibility in choosing the best configuration among the alternative solutions. The proposed hybrid optimization algorithm combines the concept of fuzzy Pareto dominance (FPD) with shuffled frog leaping algorithm (SFLA) to recognize non-dominated suboptimal solutions identified by SFLA. The local search step of SFLA is also customized for power systems applications so that it automatically creates and analyzes only the feasible and radial configurations in its optimization procedure which significantly increases the convergence speed of the algorithm. In the fourth chapter, the problem of optimal network reconfiguration is solved for the case in which the system operator is going to employ an optimization algorithm that is automatically modifying its parameters during the optimization process. Defining three fuzzy functions, the probability of crossover and mutation will be adaptively tuned as the algorithm proceeds and the premature convergence will be avoided while the convergence speed of identifying the optimal configuration will not decrease. This modified genetic algorithm is considered a step towards making the parallel GA, presented in the second chapter of this dissertation, more robust in avoiding from getting stuck in local optimums. In the fifth chapter, the concentration will be on finding a potential smart grid solution to more high-quality suboptimal configurations of distribution networks. This chapter is considered an improvement for the third chapter of this dissertation for two reasons: (1) A fuzzy logic is used in the partitioning step of SFLA to improve the proposed optimization algorithm and to yield more accurate classification of frogs. (2) The problem of system reconfiguration is solved considering the presence of distributed generation (DG) units in the network. In order to study the new paradigm of integrating smart grids into power systems, it will be analyzed how the quality of suboptimal solutions can be affected when DG units are continuously added to the distribution network. The heuristic optimization algorithm which is proposed in Chapter 3 and is improved in Chapter 5 is implemented on a smaller case study in Chapter 6 to demonstrate that the identified solution through the optimization process is the same with the optimal solution found by an exhaustive search.