Restauração automática de redes com recursos energéticos distribuídos e formação de microrredes

Abstract

Para evitar penalidades pelo não cumprimento dos índices de continuidade de fornecimento propostos por agências reguladoras como a ANEEL e restabelecer o fornecimento sob contingências permanentes, neste trabalho é apresenta uma metodologia prática para a restauração automática de redes aéreas radiais de distribuição de energia elétrica sob condições de contingências permanentes. O objetivo principal consiste em restabelecer o fornecimento de energia ao maior número de consumidores afetados em tempo computacional compatível com a operação em tempo real, respeitando rigorosamente as restrições físicas e operacionais do sistema. Modela-se matematicamente recursos energéticos distribuídos, contemplando a intermitência da geração distribuída fotovoltaica, a lógica operativa de sistemas de armazenamento de energia em baterias e o controle de geradores síncronos voltados ao suprimento autônomo de cargas emergenciais por meio da formação de microrredes. Para a resolução do problema proposto realiza-se reconfiguração topológica via manobras em chaves seccionalizadoras; desenvolve-se e compara-se dois algoritmos baseadas em metaheurísticas de otimização: a Busca Tabu e a Busca em Vizinhança Variável Geral. A topologia da rede é mapeada por meio da representação nó-profundidade para assegurar a radialidade do sistema, enquanto as variáveis de estado elétricas são determinadas dinamicamente por fluxos de potência executados na ferramenta MATLAB/MATPOWER. Os algoritmos foram validados e testados em um sistema composto por 53 nós e 3 subestações, sob patamares temporais distintos para capturar as variações de carga e irradiação solar. Os resultados demonstraram a robustez de ambas as técnicas, que convergiram para soluções viáveis de alta qualidade em cenários de faltas simples e múltiplas. A integração estratégica de baterias e painéis fotovoltaicos elevou significativamente os índices de atendimento local, enquanto a atuação do gerador síncrono garantiu a restauração de cargas prioritárias. A Busca Tabu apresentou maior consistência e rapidez computacional devido à sua natureza determinística e à eficiência de suas memórias de curto e longo prazos. Por outro lado, o algoritmo de vizinhança variável geral exibiu maior capacidade de exploração do espaço de busca em cenários específicos, propiciada pelas características estocásticas de sua etapa de diversificação. Conclui-se que as metodologias propostas constituem ferramentas eficazes para a automação e melhoria dos índices de confiabilidade regulatórios de redes inteligentes.

To avoid penalties for non-compliance with continuity of supply indicators proposed by regulatory agencies such as ANEEL and to restore supply under permanent contingencies, this work presents a practical methodology for the automatic restoration of radial overhead electric power distribution networks under permanent contingency conditions. The main objective consists in restoring the power supply to the largest number of affected consumers within a computational time compatible with real-time operation, strictly respecting the physical and operational constraints of the system. Distributed energy resources are mathematically modeled, contemplating the intermittency of distributed photovoltaic generation, the operating logic of battery energy storage systems, and the control of synchronous generators aimed at the autonomous supply of emergency loads through microgrid formation. To solve the proposed problem, topological reconfiguration is performed via tie-switch operations; two algorithms based on optimization metaheuristics are developed and compared: Tabu Search and General Variable Neighborhood Search. The network topology is mapped using the node-depth representation to ensure system radiality, while the electrical state variables are dynamically determined by power flows executed in the MATLAB/MATPOWER tool. The algorithms were validated and tested on a system composed of 53 nodes and 3 substations, under different time steps to capture load and solar irradiation variations. The results demonstrated the robustness of both techniques, which converged to high-quality feasible solutions in single and multiple fault scenarios. The strategic integration of batteries and photovoltaic panels significantly raised local service indices, while the performance of the synchronous generator guaranteed the restoration of priority loads. Tabu Search presented greater consistency and computational speed due to its deterministic nature and the efficiency of its short- and long-term memories. On the other hand, the general variable neighborhood search algorithm exhibited greater search space exploration capacity in specific scenarios, provided by the stochastic characteristics of its diversification step. It is concluded that the proposed methodologies constitute effective tools for the automation and improvement of regulatory reliability indices of smart grids.