Modelo de programação linear inteira mista para determinar as envolventes operacionais dinâmicas dos recursos energéticos distribuídos considerando um controle híbrido na rede elétrica

A integração de recursos energéticos distribuídos (REDs) no sistema de distribuição é um desafio para as concessionárias, demandando o desenvolvimento de métodos controle para evitar problemas de operação como sobrecargas, sobretensões e subtensões. As envolventes operacionais dinâmicas (EODs) são uma alternativa inovadora para esse controle. Este trabalho apresenta a formulação de um controle híbrido aplicado aos clientes ativos com REDs, visando o cálculo das EODs. São desenvolvidos dois modelos matemáticos baseados na formulação matemática baseada nas partes reais e imaginárias de correntes e tensões para o cálculo de limites de exportação e importação de energia. As EODs são calculadas por meio da resolução de fluxos de potência, o modelo incorpora a natureza estocástica dos REDs, considerando as incertezas associadas aos perfis de geração dos sistemas fotovoltaicos (FVs), bem como aos diferentes perfis de consumo das estações de recarga de veículos elétricos (ERVEs). Para isso são definidos três cenários, os quais representam possíveis condições operacionais do sistema elétrico. Dessa forma, as EODs obtidas representam o valor máximo efetivo de potência que o sistema pode importar ou exportar em um determinado período, garantindo simultaneamente que a operação da rede seja mantida dentro de seus limites operacionais. As EODs são calculadas para os REDs (geração FV e ERVEs) em média tensão, enquanto na baixa tensão é empregado o controle volt-watt dos inversores inteligentes de sistemas FVs para a regulação da potência. Para validar o modelo, foi adaptada a rede IEEE de 34 nós de média tensão com a inclusão de redes de baixa tensão em nós específicos do sistema para o cálculo das EODs. Os resultados demonstram que o controle local volt-watt aplicado aos clientes de baixa tensão melhora o perfil de tensão; entretanto, os limites operacionais ainda são ultrapassados. A aplicação das EODs em conjunto com o controle volt-watt permite que os clientes ativos em baixa tensão operem seus sistemas fotovoltaicos dentro dos limites de tensão estabelecidos pela rede. Por sua vez, nos clientes em média tensão, essa abordagem possibilita um melhor aproveitamento dos sistemas fotovoltaicos, bem como a inserção de novas ERVEs no sistema. As EODs calculadas auxiliam no controle desses recursos presentes na rede, permitindo uma operação ótima, segura e eficiente do sistema, ao mesmo tempo em que se garante o atendimento aos limites operacionais de tensão e corrente.

Resumo (inglês)

The integration of Distributed Energy Resources (DERs) into distribution systems poses a significant challenge for utilities, requiring the development of control methods to prevent operational issues such as overloads, overvoltages, and undervoltages. Dynamic Operating Envelopes (DOEs) represent an innovative alternative for addressing these control requirements. This work develops a hybrid control applied to active customers with DERs, aiming at the calculation of the DOEs. Two mathematical models are developed based on a formulation that considers the real and imaginary components of currents and voltages to determine energy export and import limits. The DOEs are calculated through the solution of power flows, and the model incorporates the stochastic nature of DERs, considering the uncertainties associated with the generation profiles of photovoltaic (PV) systems, as well as the different consumption profiles of electric vehicle charging stations (EVCSs). For this purpose, three scenarios are defined, which represent possible operating conditions of the electrical system. In this manner, the resulting DOEs represent the effective maximum power that the system can import or export during a given period, while simultaneously ensuring that network operation remains within its operational limits. DOEs are calculated for DERs (PV generation and EVCSs) connected at the medium-voltage level, whereas at the low-voltage level, volt-watt control implemented by smart PV inverters is employed for power regulation. To validate the proposed model, the IEEE 34-node medium-voltage network is adapted by including low-voltage networks at specific nodes of the system for DOE calculation. The results demonstrate that local volt-watt control applied to low-voltage customers improves the voltage profile; however, operational limits are still exceeded. The combined application of DOEs and volt-watt control allows low-voltage active customers to operate their PVs systems within the voltage limits established by the network. In contrast, for medium-voltage customers, this approach enables better utilization of PV systems, as well as the integration of new EVCSs into the system. The calculated DOEs assist in the control of these resources within the network, enabling optimal, secure, and efficient system operation, while ensuring compliance with voltage and current operational limits.

Palavras-chave

Envolventes operacionais dinâmicas, Estações de recarga de baterias (veículos elétricos), Otimização, Recursos energéticos distribuidos, Sistemas de energia fotovoltaica, Distributed energy resources, Dynamic operating envelope, Electric vehicle charging stations, Operating photovoltaic system, Optimization

Idioma

Português

Citação

PILCO, Patricio Geovanny Marchan. Modelo de programação linear inteira mista para determinar as envolventes operacionais dinâmicas dos recursos energéticos distribuídos considerando um controle híbrido na rede elétrica. 2026. 99 f. Dissertação (Mestrado) - Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - UNESP, Ilha Solteira, 2026.