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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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2:tede/342 |
| Date | 10 March 2006 |
| Creators | Coelho Neto, Agnelo |
| Contributors | Silva, Maria da Guia da |
| Publisher | Universidade Federal do Maranhão, PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET, UFMA, BR, Engenharia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA, instname:Universidade Federal do Maranhão, instacron:UFMA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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