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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-26082020-101322
Document
Author
Full name
Wandry Rodrigues Faria
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Pereira Junior, Benvindo Rodrigues (President)
Fernandes, Ricardo Augusto Souza
Mantovani, José Roberto Sanches
Title in Portuguese
Planejamento do sistema de proteção de redes de distribuição ativas considerando o gerenciamento do risco de perda da coordenação
Keywords in Portuguese
Confiabilidade
Dispositivos de proteção e controle
Geração distribuída
Gerenciamento de riscos
Otimização multiobjetivo
Abstract in Portuguese
A alocação ótima de dispositivos de proteção e chaves de manobra em sistemas de distribuição de energia elétrica impacta diretamente os índices de confiabilidade do sistema e a rentabilidade das concessionárias de energia elétrica. A inserção de geradores distribuídos e a eventual possibilidade de operação ilhada destes elementos pode trazer benefícios aos indicadores de confiabilidade das redes de distribuição. Por outro lado, a instalação de elementos ativos na rede causa o aumento da magnitude das correntes que circulam no alimentador no cenário de curto-circuito. Desta maneira, torna-se necessário reavaliar a eficácia dos métodos propostos para o planejamento de sistemas de proteção levando em consideração a presença de geradores distribuídos e as novas possibilidades operacionais. Sendo assim, neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de uma metodologia multiobjetivo para alocação, dimensionamento e coordenação de dispositivos de proteção e chaves de manobra em sistemas de distribuição de energia elétrica que possuam ou não geradores distribuídos instalados. A metodologia proposta considera as características estocásticas inerentes ao problema como o carregamento da rede, produção dos geradores distribuídos e as características do curto-circuito (local, resistência de contato e tipo de falta). O planejador do sistema pode ainda assumir riscos de operação não coordenada do sistema de proteção projetado para situações com baixa probabilidade de ocorrência, visando obter soluções com custos de investimento reduzidos. Os principais objetivos considerados na metodologia proposta são a minimização dos custos de instalação, custos de energia não suprida e redução dos indicadores de continuidade exigidos pelas agências reguladoras, sujeitos às restrições técnicas do sistema, financeiras e de coordenação dos dispositivos de proteção. O problema de otimização não linear inteiro-misto é resolvido através de uma ferramenta híbrida que combina um algoritmo genético multiobjetivo e um modelo matemático linear. A metodologia proposta foi aplicada em um sistema de 34 barras e um alimentador real de 135 barras.
Title in English
Protection system planning for active distribution networks considering misoperation risk management
Keywords in English
Controlling and protective devices
Distributed generation
Multiobjective optimization
Reliability
Risk management
Abstract in English
Optimal allocation of protective and controlling devices in distribution systems directly affects the distribution companies' reliability and profitability. The insertion of distributed generators, and their eventual island operation, can benefit the distribution networks' reliability indexes. Per contra, the presence of power injection elements in distribution networks causes the currents flowing through the feeder to increase upon a short-circuit scenario. Thus, it is necessary to reevaluate the efficiency of the methods already proposed for distribution protection system planning, taking into account the presence of distributed generators and the new operational possibilities. In this sense, the development of a multiobjective methodology for allocating, sizing, and coordinating protective and controlling devices in distribution systems with or without distributed generators is proposed in this research. This methodology considers the stochastic characteristics inherent to the problem, such as the system's loading, the distributed generator's power injection, and the short-circuit randomness (location, fault impedance, and fault type). The system's planner can also admit some risk of not coordinated operation for rare short-circuits events, aiming to reduce the solutions' costs. The project's main objectives are the reduction of protection and maneuvering equipment's installation cost, not supplied energy cost minimization and the reduction of the continuity indexes evaluated by regulatory agencies, subjected to the system's technical and financial constraints and the device's coordination. The mixed-integer nonlinear optimization problem is solved using a hybrid optimization tool that combines a multiobjective genetic algorithm and an integer programming problem. The proposed methodology is applied to a 34-bus system and a real 135-bus feeder.
 
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Publishing Date
2021-06-18
 
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