Title: Uma Abordagem Evolutiva Multi-Objectivo para o Problema de Compensação de Energia Reactiva em Redes de Distribuição de Energia Eléctrica
Authors: Costa, Dulce Helena Pereira 
Keywords: Redes de distribuição de energia eléctrica;Energia eléctrica -- compensação;Condensadores
Issue Date: 26-Oct-2011
Citation: COSTA, Dulce Helena Pereira - Uma Abordagem Evolutiva Multi-Objectivo para o Problema de Compensação de Energia Reactiva em Redes de Distribuição de Energia Eléctrica. Coimbra : [s.n.], 2011
Abstract: O funcionamento da rede de distribuição de energia eléctrica obedece a padrões de qualidade de serviço que implicam um planeamento dos equipamentos que a constituem capaz de atingir esses padrões considerando em simultâneo os custos associados às medidas a aplicar. A circulação de energia reactiva na rede é um dos problemas que pode ter um impacto directo quer na qualidade de serviço, quer nos custos de exploração da rede. Uma das opções para resolver este problema por parte das operadoras da rede de distribuição consiste na instalação de equipamentos que fornecem localmente a energia reactiva solicitada pelos consumidores. No entanto, os custos associados à colocação e manutenção destes equipamentos tornam necessário determinar os locais mais adequados para a satisfação dos vários eixos de avaliação do mérito das soluções, quer os que se prendem com a qualidade de serviço e melhor funcionamento da rede, quer os que estão directamente ligados à redução de custos de exploração. Este problema de planeamento tem sido alvo de interesse por parte de operadoras e investigadores desde meados do século XX. Em numerosas referências em revistas técnicocientíficas são propostos modelos, mais ou menos aproximados da realidade, e abordagens algorítmicas que vão desde os métodos de programação matemática clássica até às metaheurísticas, cuja utilização é sobretudo motivada pelas características combinatórias do problema. A existência de novas abordagens metodológicas, capazes de obter soluções de boa qualidade com um esforço computacional aceitável, permite actualmente aproximar as ferramentas de apoio à decisão da realidade do funcionamento da rede, incluindo a consideração explícita de múltiplos aspectos de avaliação. Nesta tese descreve-se o desenvolvimento de um modelo de programação multiobjectivo para o problema da localização e dimensionamento de condensadores para a compensação do factor de potência em redes de distribuição considerando aspectos técnicos, económicos e de qualidade de serviço. As abordagens metodológicas implementadas permitem a caracterização da fronteira não dominada, com o cálculo de soluções diversas e bem distribuídas. Desta forma, os resultados apresentados permitem avaliar os compromissos a estabelecer entre as funções objectivo em diferentes regiões do espaço de pesquisa. Os resultados descritos nesta tese foram obtidos recorrendo à implementação computacional de diversas abordagens metodológicas baseadas em meta-heurísticas, em particular algoritmos evolucionários. Fez-se um estudo comparativo entre elas e introduziram-se algumas modificações numa destas abordagens, as quais permitiram uma melhor adaptação ao problema e conduziram os resultados a valores substancialmente melhores aos conseguidos com a abordagem original. São ainda apresentados resultados ilustrativos relativos a uma rede cujos dados foram retirados da bibliografia, frequentemente usada para estudos comparativos, e resultados obtidos com uma rede de distribuição real.
The operation of electric distribution systems conforms to quality of service standards, which involves an adequate equipment planning in order to achieve these standards and the simultaneous consideration of costs associated with the measures to be implemented. Reactive power flow in the electric distribution system is a problem that may have a direct impact on quality of service and operation costs. One of the options for utilities to solve this problem consists in the installation along the network of devices that supply locally the reactive power demanded by consumers. However, due to the costs associated with the placement and maintenance of such equipment, it is necessary to find the most adequate locations to meet the multiple axes of evaluation for assessing the merits of different potential solutions, including the ones related with quality of service and network operation as well as those directly associated with the reduction of operating costs. The reactive power planning problem has been studied using traditional mathematical programming techniques and widely reported in the scientific literature since the middle of the 20th century. Several models and algorithmic approaches have been proposed to tackle this problem, from classical mathematical programming methods to meta-heuristics, being the use of these latter mostly motivated by the combinatorial nature of the problem. Nowadays, the existence of new methodological approaches, which are able to generate good quality solutions with an acceptable computational effort, enables decision support tools to cope with more realistic issues of network operation as well as to take explicitly into account multiple aspects for evaluating potential solutions. In this thesis, the development of a multi-objective mathematical programming model to provide decision support in the location and sizing of capacitors for reactive power compensation in electrical distribution networks is described. The mathematical model explicitly considers technical, economical and quality of service aspects. The proposed methodological approaches enable the thorough characterization of the non-dominated frontier, through the computation of diverse and well- spread solutions. The results presented enable to assess the trade-offs to be established between the competing objective functions in different regions of the search space. The results described in this thesis have been obtained using the computational implementation of several methodological approaches based on meta-heuristics, namely evolutionary algorithms. A comparative study between some of these approaches has been carried out and the results are thoroughly described. Modifications incorporated into these algorithms, which have been specifically tailored for this problem, have revealed to provide substantially better results than the ones achieved with the original approach. Illustrative results with a benchmark network and with an actual network are presented.
Description: Tese de doutoramento em Engenharia Electrotécnica ( Sistemas de Energia) apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/17433
Rights: openAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Electrotécnica - Teses de Doutoramento

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