Modelo matemático para o dimensionamento ótimo de uma microrrede para suprir a demanda de serviços auxiliares de subestações em períodos de falhas
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Data
2022-02-04
Autores
Oliveira, Lucas Ginez Leão
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Resumo - As subestações são fundamentais para a operação dos sistemas elétricos de potência, para controle da tensão e do fluxo de potência. É necessário que se mantenha constante a alimentação de seus sistemas auxiliares que por sua vez permitem uma correta operação das subestações. Os sistemas de backup dos sistemas auxiliares das subestações são construídos comumente a partir de grupos geradores a diesel, terciário de transformador e redes de distribuição. Neste trabalho, apresenta-se um sistema de backup alternativo construído a partir de microrredes híbridas compostas por sistemas de geração fotovoltaica e armazenamento por baterias. Devido ao alto custo dos componentes da microrrede, é necessário que seja efetuado um correto dimensionamento da geração (número de painéis fotovoltaicos) e do sistema de armazenamento (número de baterias); além disso, critérios econômicos e de robustez devem ser considerados para diminuir ao máximo a indisponibilidade dos serviços auxiliares. Nesse contexto, este trabalho propõe um modelo de programação linear inteira mista para o dimensionamento ótimo de uma microrrede visando o menor custo de investimento; uma multa é aplicada à indisponibilidade do sistema, calculada avaliando um conjunto de cenários de falha e perfis diferentes de geração fotovoltaica. Testes realizados em um caso de estudo, utilizando diferentes valores de investimento para obter componentes de uma microrrede, permitiram definir o dimensionamento ótimo do número de painéis fotovoltaicos e de baterias. Verificou-se também que, conforme se aumenta o valor disponível para aquisição dos componentes da microrrede, menores são os impactos econômicos por multas. Assim, o aumento do investimento permite a aquisição de mais baterias; portanto, o sistema de backup (ou a microrrede híbrida) tornam-se menos sensíveis à intermitência inerente à geração solar fotovoltaica.
Abstract - Substations are essential for the operation of electrical power systems, for controlling voltage and power flow. Therefore, it is necessary to keep the supply of its auxiliary systems constant, which in turn allows for a correct operation of the substations. Backup systems for substation auxiliary systems are commonly built from diesel generator sets, tertiary transformer and distribution networks. In this work, an alternative backup system, built from hybrid microgrids composed of photovoltaic generation and battery storage systems, is presented. However, due to the high cost of the microgrid components, it is necessary to correctly dimension the generation (number of photovoltaic panels) and the storage system (number of batteries); furthermore, economic and robustness criteria are considered to minimize the unavailability of ancillary services. In this context, this work researches a mixed integer linear programming model for the optimal design of a microgrid at the lowest investment cost; a fine is applied to the unavailability of the system, measured by evaluating a set of fault scenarios and different profiles of photovoltaic generation. Tests carried out in a case study, using different investment values to obtain components of a microgrid, allowing to define the optimal dimensioning of the number of photovoltaic panels and batteries. It was also found that, as the amount available for the acquisition of micro-grid components increases, the economic impacts of fines will be lower. This, therefore, the increase in investment allows the acquisition of more batteries; therefore, the backup system (or a hybrid microgrid) becomes less sensitive to the intermittency inherent in solar photovoltaic generation
Abstract - Substations are essential for the operation of electrical power systems, for controlling voltage and power flow. Therefore, it is necessary to keep the supply of its auxiliary systems constant, which in turn allows for a correct operation of the substations. Backup systems for substation auxiliary systems are commonly built from diesel generator sets, tertiary transformer and distribution networks. In this work, an alternative backup system, built from hybrid microgrids composed of photovoltaic generation and battery storage systems, is presented. However, due to the high cost of the microgrid components, it is necessary to correctly dimension the generation (number of photovoltaic panels) and the storage system (number of batteries); furthermore, economic and robustness criteria are considered to minimize the unavailability of ancillary services. In this context, this work researches a mixed integer linear programming model for the optimal design of a microgrid at the lowest investment cost; a fine is applied to the unavailability of the system, measured by evaluating a set of fault scenarios and different profiles of photovoltaic generation. Tests carried out in a case study, using different investment values to obtain components of a microgrid, allowing to define the optimal dimensioning of the number of photovoltaic panels and batteries. It was also found that, as the amount available for the acquisition of micro-grid components increases, the economic impacts of fines will be lower. This, therefore, the increase in investment allows the acquisition of more batteries; therefore, the backup system (or a hybrid microgrid) becomes less sensitive to the intermittency inherent in solar photovoltaic generation
Descrição
Palavras-chave
Energia Fotovoltaica, Modelagem Matemática, Microrrede, Sistemas de Armazenamento, Mathematical modeling, Microgrid, Storage systems, Photovoltaic energy