Análise da técnica de solução para o problema de alocação ótima das chaves seccionadoras em redes de distribuição de energia elétrica

Abstract

A segmentação dos alimentadores primários em seções consiste em uma etapa fundamental para o planejamento das redes de distribuição, possibilitando melhorar tanto a qualidade da energia fornecida aos consumidores, quanto a confiabilidade dos sistemas de distribuição. A reconfiguração das redes é realizada através da abertura e fechamento das chaves seccionadoras. O problema de alocação, ou realocação dessas chaves é modelado como um modelo de programação não-linear inteiro misto. Em se tratando de redes elétricas de grande porte, uma abordagem viável para encontrar soluções é a aplicação de técnicas de busca, como por exemplo as técnicas metaheurísticas. As análises de testes utilizando a implementação destas metaheurísticas devem ser efetuadas para alimentadores de distribuição típicos da literatura especializada e o seu desempenho computacional deve ser criteriosamente comparado, determinando os parâmetros de controle, sistema de codificação e avaliação da função objetivo que sejam eficientes para a solução do problema em estudo. Assim, este trabalho tem como objetivo principal a implementação e análise crítica do algoritmo genético (AG), uma das técnicas metaheurísticas, para minimizar o custo de interrupção ao consumidor, por meio da alocação/realocação das chaves seccionadoras em alimentadores radiais de distribuição de energia. O desenvolvimento do modelo matemático e o algoritmo para o cálculo da função objetivo são detalhados levando em consideração a topologia do alimentador, um conjunto predeterminado de ramais para a alocação, ou realocação das chaves e um número fixo dessas chaves seccionadoras. São avaliados criteriosamente os fatores que impactam o desempenho computacional e a robustez da metaheurística, como a determinação dos parâmetros de controle do AG e a codificação das possíveis soluções. A validação do método é realizada através de testes de desempenho usando alimentadores típicos da literatura para estudos de confiabilidade em sistemas de distribuição de energia elétrica.

The segmentation of primary feeders into sections constitutes a fundamental step in distribution network planning, enabling improvements in both the quality of power delivered to consumers and the reliability of distribution systems. Network reconfiguration is carried out through the opening and closing of sectionalizing switches. The problem of allocating or reallocating these switches is modeled as a mixed-integer nonlinear programming problem. For large-scale power networks, a viable approach to finding solutions is the application of adaptive search techniques, known as metaheuristics. Test analyses using the implementation of this metaheuristic should be conducted on typical distribution feeders from specialized literature, and its computational performance must be rigorously compared, determining the control parameters, coding scheme, and objective function evaluation that are efficient for solving the problem under study. Accordingly, the main objective of this work is the implementation and critical analysis of the genetic algorithm (GA) to minimize the customer interruption cost by means of allocating/reallocating sectionalizing switches in radial distribution feeders. The development of the mathematical model and the algorithm for calculating the objective function must be detailed considering the feeder topology, a predetermined set of branches for the allocation or reallocation of switches, and a fixed number of these sectionalizing switches. Factors affecting the computational performance and robustness of the metaheuristic, such as the determination of the GA control parameters and the encoding of possible solutions, are carefully evaluated. The method validation is performed through performance tests using typical feeders from the literature for reliability studies in electric distribution systems.