Optimal load flow analysis of power systems including facts controllers using advanced optimization techniques

Resumen

Los sistemas de transmisión de corriente alterna flexible (FACTS) son ampliamente utilizados en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar su funcionamiento y seguridad. Esta tesis propone el modelado eficiente de los modernos tipos de dispositivos FACTS utilizados en el flujo de cargas y en los algoritmos de flujo de carga óptimos. Se propone el método de inyección de potencia para el modelado de los diferentes tipos de FACTS, tales como; el Compensador Serie Síncrono Estático (SSSC), el Controlador de Flujo de Potencia Unificado (UPFC), el Controlador de Potencia Interlíneas (IPFC), el Controlador de Flujo de Potencia Unificado con Nudo Central (C-UPFC) y el Controlador de Flujo de Potencia Generalizado (GUPFC). Usando estos modelos, la estructura original y la simetría de la matriz de admitancia y las matrices jacobianas se mantienen sin cambios. En consecuencia, la complejidad del código del flujo de carga en caso de existir los dispositivos FACTS se reducen. El manejo de restricciones de funcionamiento de los dispositivos FACTS se consideran en los modelos propuestos utilizando métodos nuevos y convencionales, que incluyen; las tensiones inyectadas en serie, la corriente serie que pasa a través de los convertidores, la tensión inyectada en derivación, la corriente inyectada del convertidor en derivación y la potencia intercambiada entre los convertidores. Los métodos propuestos se basan en la modificación y actualización de los valores especificados en función de los límites máximos de las restricciones de funcionamiento. El método propuesto presenta una precisión elevada y necesita menos tiempo de cálculo en comparación con el método convencional. Por otra parte, la determinación de las ubicaciones óptimas y la configuración de los parámetros de FACTS se considera un problema importante debido a sus elevados costes de inversión. Así pues, esta tesis presenta la aplicación de técnicas avanzadas de optimización para resolver el problema del flujo de potencia óptimo (OPF) de los sistemas de potencia, incluyendo los FACTS. Dos técnicas de optimización recientes; la búsqueda de armonización mejorada (IHS) y el optimizador de lobo gris (GWO) se emplean para determinar las ubicaciones y tamaños óptimos de los SSSC y C-UPFC para diferentes funciones objetivo. Los modelos de FACTS desarrollados, las estrategias propuestas para gestión de la violación de las limitaciones de funcionamiento de los FACTS y las técnicas de optimización desarrolladas se validan utilizando diferentes sistemas de prueba IEEE, tales como; el sistema IEEE de 14 barras, IEEE de 30 barras, IEEE de 57 barras y el IEEE de 118 barras. Los resultados de la simulación demuestran la efectividad de los modelos desarrollados y la superioridad de los métodos propuestos para la gestión de la violación de las restricciones en comparación con otros métodos convencionales. Además, se ha demostrado la superioridad y eficiencia de los algoritmos IHS y GWO para resolver el flujo de potencia óptimo de los sistemas de potencia que incluyen dispositivos FACTS.