Reformulação do problema de fluxo de potência ótimo discreto com restrições disjuntivas e de complementaridade

Abstract

O sistema elétrico de potência é um sistema complexo, que contém uma série de dispositivos controláveis que influenciam diretamente no seu desempenho. Devido a tal complexidade, abordagens de modelagem e solução a partir de técnicas de otimização têm sido cada vez mais utilizadas para auxiliar na operação de tais sistemas. Entre estas ferramentas, pode-se citar o Fluxo de Potência Ótimo (FPO), o qual pode ser modelado como um problema de otimização restrito, não linear e não convexo. Propõe-se neste trabalho um modelo para o problema de FPO que visa minimizar o custo de geração de potência ativa considerando as variáveis contínuas e discretas, os efeitos de ponto de carregamento de válvula, zonas de operação proibidas, múltiplas opções de combustíveis e a atuação dos dispositivos de controle por meio de restrições de complementaridade. Além disso, propõe-se uma abordagem de resolução que integra estratégias para tratamento da não diferenciabilidade que o efeitos de ponto de carregamento de válvula traz para a função objetivo, para tratamento das restrições disjuntivas relativas às zonas de operação proibidas e às múltiplas opções de combustíveis, bem como o tratamento das variáveis discretas e a reformulação para as restrições de complementaridade por meio de um problema equivalente, tornando-o viável de ser resolvido diretamente por solvers. A viabilidade da proposta foi analisada por meio de testes numéricos, utilizando os sistemas elétricos IEEE 30, 118 e 300 barras.

The electrical power system is a complex system, which contains a series of controllable devices that directly influence its performance. Due to such complexity, modeling and solution approaches based on optimization techniques have been increasingly used to assist in the operation of such systems. Among these tools, we can mention Optimal Power Flow (OPF), which can be modeled as a constraint, non-linear and non-convex optimization problem. This work proposes a model for the OPF problem that aims to minimize the cost of generating active power considering continuous and discrete variables, the effects of valve loading point, prohibited operating zones, multiple fuels and the performance of control devices through complementarity constraints. Furthermore, a resolution approach is proposed that integrates strategies for dealing with the non-smoothness that the valve loading point effects bring to the objective function, for dealing with disjunctive constraints relating to prohibited operating zones and multiple fuel options, as well as the treatment of discrete variables and the reformulation for complementarity constraint through an equivalent problem, making it viable to be solved directly by solvers. The feasibility of the proposal was analyzed through numerical tests, using IEEE 30, 118 and 300-bus systems.