Meta-heurística Multipartida com Path Relinking aplicados ao planejamento da expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica

Abstract

O Planejamento da Expansão de Sistemas de Transmissão (PEST) é um problema que visa a seleção de novas linhas de transmissão (LTs) para garantir o atendimento ao crescimento da geração e da demanda respeitando os limites técnicos e com um mínimo custo de investimento. Trata-se de um problema de alta complexidade. Encontrar a solução ótima (com menor custo) ou mesmo uma solução de boa qualidade para sistemas elétricos de médio ou de grande porte é desafiador. Neste trabalho, apresenta-se a Meta-heurística Multipartida com Path Relinking (MMP+PR) como estratégia de otimização para resolver o problema de Planejamento da Expansão de Sistemas de Transmissão (PEST). A proposta central deste estudo consiste em utilizar como método de resolução a Meta-heurística Multipartida (MMP) para gerar diversidade como estratégia para explorar o espaço de busca de soluções e obter soluções factíveis de boa qualidade. A estratégia de busca Path Relinking é utilizada no processo de intensificação explorando regiões que conectam pares de soluções de elite. Em relação ao problema abordado foram empregados os modelos de transportes, híbrido e o modelo CC para o planejamento estático ao longo prazo da expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica. Para implementar a estratégia multipartida comumente empregam-se heurísticas construtivas generalizadas. Nesse contexto é feita uma análise dos algoritmos heurísticos construtivos de Garver e de Villasana-Garver-Salon (VGS). As simulações foram implementadas utilizando os sistemas teste de Garver de 6 barras, sistema IEEE de 24 barras e o sistema real Sul-Brasileiro de 46 barras. Foram obtidos resultados muito relevantes em termos de redução do número de problemas de programação linear (PLs) resolvidos e redução do tempo computacional para execução dos mesmos em comparação aos trabalhos da literatura especializada avaliados.

The transmission system expansion planning is a problem that aims at the construction of new transmission lines to guarantee the attendance to the generation and demand growth, respecting the technical limits, and with minimum investment cost. This is a highly complex problem. Finding the optimal and lowest cost solution or even a good quality solution for medium or large electrical systems is challenging. In this work, Multi-Start metaheuristic with Path Relinking is presented as an optimization strategy for the transmission system expansion planning. The central purpose of this study is to use Multi-Start Metaheuristics to generate diversity as a strategy to explore the space for finding good quality feasible solutions. Path Relinking search strategy is used in the intensification process exploring regions that connect pairs of elite solutions. The electrical systems were represented by the transport, hybrid, and DC models for the long-term static planning of the expansion of transmission power systems. To implement a Multi-Start metaheuristic, generalized constructive heuristics are used. In this context, an analysis is made of the constructive heuristic algorithms of Garver and Villasana-Garver-Salon. The simulations were implemented using test systems of Garver 6-bus, IEEE 24-bus, and Southern-Brazilian 46-bus. The results obtained were promising. There was a reduction in the number of linear programming problems solved and a reduction in computational time compared to other studies in the specialized literature evaluated.