Metodología Multiobjetivo para el Planeamiento de la Expansión de la Transmisión considerando Incertidumbres en la Generación Eólica y la Demanda

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.1.2020.20

Palabras clave:

incertidumbre, generación eólica, optimización multiobjetivo, planeamiento de la expansión de la transmisión

Resumen

Introducción: En este documento se presenta una metodología multiobjetivo aplicada al problema del Planeamiento de la Expansión de la Transmisión (PET) cuando se consideran las incertidumbres en la demanda y la generación eólica.

Objetivo: Obtener planes de expansión robustos que minimicen los costos de inversión y maximicen el uso del recurso eólico, teniendo en cuenta su incertidumbre y la introducida por la demanda.

Metodología: La metodología propuesta se basa en la Metodología de Escenario Reducido para representar estas incertidumbres. En la formulación de la metodología se consideraron: el modelo de red en DC, los planes de expansión que minimizan la inversión, la reducción en la carga y la generación eólica. Para obtener el algoritmo multiobjetivo, utilizado para minimizar los costos de expansión y la reducción de la energía eólica, se implementó un NSGA-II mejorado y un conjunto de planes óptimos de expansión de Pareto.

Resultados: Se presenta el desempeño de los planes de expansión, los cuales fueron evaluados y comparados con trabajos anteriores para demostrar la solidez del enfoque propuesto. Todas las pruebas se realizaron en los sistemas Garver e IEEE de 24 nodos.

Conclusiones: Al observar el número de veces que el plan de expansión lleva a cero el corte de carga y la energía eólica desperdiciada, con respecto a un valor establecido en este trabajo, se tiene que la metodología propuesta presenta un índice de rendimiento superior al 75,16% para el sistema Garver y al 98,97% para el sistema IEEE de 24 nodos.

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Citas

R. Villasana, L. Garver & S. Salon, “Transmission network planning using linear programming,” IEEE Trans. Power Appar. Syst., vol. PAS-104, no. 2, pp. 349–356, Feb. 1985. https://doi.org/10.1109/TPAS.1985.319049

R. Hemmati, R. Hooshmand & A. Khodabakhshian, “State of the art of transmission expansion planning: Comprehensive review,” Renew. Sust. Energ. Rev., vol. 23, no. 0, pp. 312–319, Jul. 2013. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.03.015

H. Zhang, V. Vittal, G. Heydt & J. Quintero, “A mixed-integer linear programming approach for multi-stage security-constrained transmission expansion planning,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 27, no. 2, pp. 1125–1133, May. 2012. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2011.2178000

M. Da Rocha & J. Saraiva, “A discrete evolutionary PSO based approach to the multiyear transmission expansion planning problem considering demand uncertainties,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 45, no. 1, pp. 427–442, Feb. 2013. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.09.009

A. Escobar, R. Gallego & R. Romero, “Multistage and coordinated planning of the expansion of transmission systems,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 19, no. 2, pp. 735–744, May. 2004. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2004.825920

L. Garver, “Transmission network estimation using linear programming,” IEEE Trans. Power App. Syst., vol. PAS-89, no. 7, pp. 1688–1697, Sept. 1970. https://doi.org/10.1109/TPAS.1970.292825

L. Bahiense, G. Oliveira, M. Pereira & S. Granville, “A mixed integer disjunctive model for transmission network expansion,” IEEE Trans. Power Syst., vol 16, no. 3, pp. 560–565, Aug. 2001. https://doi.org/10.1109/59.932295

R. Romero & A. Monticelli, “A zero-one implicit enumeration method for optimizing investments in transmission expansion planning,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 9, no. 3, pp. 1385–1391, Aug. 1994. https://doi.org/10.1109/59.336126

S. Binato, M. Pereira & S. Granville, “A new benders decomposition approach to solve power transmission network design problems”, IEEE Trans. Power Syst, vol. 16, no. 2, pp. 235–240, May. 2001. https://doi.org/10.1109/59.918292

S. Haffner, A. Monticelli, A. García, J. Mantovani & R. Romero, “Branch and bound algorithm for transmission system expansion planning using a transportation model, Generation, Transmission and Distribution,” IEEE Proc., vol. 147, no. 3, pp. 149–156, Sept. 2000. https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20000337

R. Gallego, A. Monticelli & R. Romero, “Comparative studies on nonconvex optimization methods for transmission network expansion planning,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 13, no. 3, pp. 822–828, Aug. 1998. https://doi.org/10.1109/59.708680

R. Gallego, R. Romero & A. Monticelli, “Tabu search algorithm for network synthesis,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 15, no. 2, pp. 490–495, May. 2000. https://doi.org/10.1109/59.867130

R. A. Gallego, “Planejamento a longo prazo de sistemas de transmissao usando tecnicas de otimizacao combinatorial,” Ph.D. dissertação, FEEC DSEE, Unicamp, Campinas, BR, 1997. Disponível em http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/260615

J. Silva & H. Gil, “Transmission planning based on heuristic methods”, in VII SEPOPE, SEPOPE, Curitiba, BR, 21-26 May. 2000.

A. Escobar, R. Gallego & R. Romero, “Aplicación de algoritmos heurísticos en la construcción de la población inicial de algoritmos genéticos que resuelven el problema de planeamiento de la expansión de la transmisión,” Ing. Invest., vol. 31 no. 1, pp. 127–143, Abr. 2011. Disponible en http://www.bdigital.unal.edu.co/23559/2/20534-127631-2-PB.htm

G. Orfanos, P. Georgilakis & N. Hatziargyriou, “Transmission expansion planning of systems with increasing wind power integration,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 2, pp. 1355–1362, May. 2013. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2012.2214242

H. Yu, C. Chung, K. Wong & J. Zhang, “A chance constrained transmission network expansion planning method with consideration of load and wind farm uncertainties,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 24, no. 3, pp. 1568–1576, Aug. 2009. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2009.2021202

R. Bolaños & C. Correa, “Planeamiento de la transmisión considerando seguridad e incertidumbre en la demanda empleando programación no lineal y técnicas evolutivas,” Tecnura, vol. 18, no. 39, pp. 62–76, Ene. 2014. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2014.1.a05

J. López, R. Romero & L. Gallego, “Planeamiento de la expansión de sistemas de transmisión considerando contingencias y demanda incierta,” Rev. Fac. Ing. Univ. Ant., vol. 48, pp. 188–200, Jun. 2009. Disponible en http://hdl.handle.net/10495/5427

A. Domínguez, A. Escobar & R. Gallego, “Metodología de solución para planeamiento de la transmisión considerando incertidumbre en la demanda y propuestas de diferentes conductores,” Rev. EIA, vol. 11, no. 21, pp. 99–112, Jun. 2014. http://dx.doi.org/10.24050/reia.v11i21.623

H. Yu, C. Chung & K. Wong, “Robust transmission network expansion planning method with Taguchi’s Orthogonal Array Testing,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 26, no. 3, pp. 1573–1580, Aug. 2011. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2010.2082576

A. Arabali, M. Ghofrani, M. Etezadi-Amoli, M. Fadali & M. Moeini-Aghtaie, “A multi-objective transmission expansion planning framework in deregulated power systems with wind generation,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 29, no. 6, pp. 3003–3011, Nov. 2014. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2316529

M. Moeini-Aghtaie, A. Abbaspour & M. Fotuhi-Firuzabad, “Incorporating large-scale distant wind farms in probabilistic transmission expansion planning; Part I: Theory and algorithm,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 27, no. 3, pp. 1585–1593, Aug. 2012. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2011.2182363

J. Li, L. Ye, Y. Zeng & H. Wei, “A scenario-based robust transmission network expansion planning method for consideration of wind power uncertainties,” CSEE J. Power Energy Syst., vol. 2, no. 1, pp. 11–18, Marc. 2016. https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2016.00004

R. Jabr, “Robust transmission network expansion planning with uncertain renewable generation and loads,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 4, pp. 4558–4567, Nov. 2013. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2013.2267058

C. Ruiz & A. Conejo, “Robust transmission expansion planning,” Eur. J. Oper. Res., vol. 242, no. 2, pp. 390–401, Apr. 2015. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2014.10.030

R. García-Bertrand & R. Mínguez, “Dynamic robust transmission network expansion planning,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 32, no. 4, pp. 2618–2628, Jul. 2017. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2016.2629266

F. Ugranli & E. Karatepe, “Multi-objective transmission expansion planning considering minimization of curtailed wind energy,” JEPE, vol. 65, pp. 348–356, Feb. 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.10.031

H. Mori & H. Kakuta, “Multi-objective transmission network expansion planning in consideration of wind farms,” in 2nd IEEE PES, ISGT Europe 2011, Manchester, UK, 5-7 Dec. 2011. https://doi.org/10.1109/ISGTEurope.2011.6162676

S. Abbasi & H. Abdi, “Multiobjective transmission expansion planning problem based on ACOPF considering load and wind power generation uncertainties,” Int. T. Electr. Energy, vol. 27, no. 6, pp. 1687–1697, Dec. 2016. https://doi.org/10.1002/etep.2312

Y. Hu, Z. Bie, Y. Lin, G. Ning, M. Chen & Y. Gao, “Multiobjective Transmission Network Planning considering the Uncertainty and Correlation of Wind Power,” J. Appl. Math., no. 2, pp. 1–2, Jul. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/207428

C. Zhang, Q. Wang, Y. Ding & J. Østergaard, “A multi-objective model for transmission planning under uncertainties,” in IEEE EPEC 2014, EPEC, Calgary, AB, 12-14 Nov. 2014, pp. 42–47. https://doi.org/10.1109/EPEC.2014.8

H. Doagou, H. Rastegar & G. Gharehpetian, “Probabilistic multi-objective HVDC/AC transmission expansion planning considering distant wind/solar farms,” IET Sci. Meas. Technol., vol. 10, no. 2, pp. 140–149, Feb. 2016. https://doi.org/10.1049/iet-smt.2015.0173

M. Javadi, M. Saniei, H. Mashhadi & G. Gutierrez-Alcaraz, “Multi-objective expansion planning approach: distant wind farms and limited energy resources integration,” IET Renew. Power Gener., vol. 7, no. 6, pp. 652–668, Nov. 2013. https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2012.0218

J. Qiu, Z. Dong, K. Meng, Y. Xu, J. Zhao & Y. Zheng, “Multi-objective transmission expansion planning in a smart grid using a decomposition-based evolutionary algorithm”, IET Gener. Transm. Dis., vol. 10, no. 16, pp. 4024–4031, Dec. 2016. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.0259

S. Lumbreras & A. Ramos, “The new challenges to transmission expansion planning. survey of recent practice and literature review”, Electr. Pow. Syst. Res., vol. 134, pp. 19–29, May. 2016. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2015.10.013

C. Florez, G. Garcia & A. Salcedo, “Expansion of transmission networks considering large wind power penetration and demand uncertainty,” IEEE Lat. Am. T., vol. 14, no. 3, pp. 1235–1244, Mar. 2016. https://doi.org/10.1109/TLA.2016.7459604

R. Romero, A. Monticelli, A. Garcia & S. Haffner, “Test systems and mathematical models for transmission network expansion planning, Generation, Transmission and Distribution,” IEEE Proc., vol. 149, no. 1, pp. 27–36, Jan. 2002. https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20020026

C. Correa, R. Bolaños & A. Garces, “Environmental transmission expansion planning using non-linear programming and evolutionary techniques,” in IEEE SIFAE 2012, SIFAE, Barranquilla, CO, 25-26 Oct, 2012. https://doi.org/10.1109/SIFAE.2012.6478893

C. Correa, R. Bolaños & A. Escobar, “Multi-objective transmission expansion planning considering multiple generation scenarios,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 62, pp. 398–409, Nov. 2014. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.04.063

K. Deb, S. Agrawal, A. Pratap & T. Meyarivan, A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II, KanGAL, IITs, Kanpur, IN, Technical report.

K. Deb, A. Pratap, S. Agarwal & T. Meyarivan, “A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II,” IEEE T. Evolut. Comput., vol. 6, no. 2, pp. 182–197, May. 2002. https://doi.org/10.1109/4235.996017

Y. Hu, Z. Bie, T. Ding & Y. Lin, “An NSGA-II based multi-objective optimization for combined gas and electricity network expansion planning,” App. Energy, vol. 167, pp. 280–293, Apr. 2016. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.148

G. Aghajani & N. Ghadimi, “Multi-objective energy management in a micro-grid,” Energy Rep., vol. 4, pp. 218–225, Nov. 2018. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2017.10.002

C. Correa, R. Bolaños & A. Garcés, “Enhanced multiobjective algorithm for transmission expansion planning considering N−1 security criterion,” Int. Trans. Electr. Energ. Syst., vol. 25, no. 10, pp. 2225–2246, Jun. 2014. https://doi.org/10.1002/etep.1958

C. A. Flórez, “Planeamiento multiobjetivo de la expansión de la transmisión considerando múltiples escenarios de generación,” M.S. Disertación, UTP, Pereira, CO, 2008.

K. Deb, Multi-objective Optimization using Evolutionary Algorithms. New York, USA: Wiley, 2001.

R. Romero, A. Monticelli, A. Garcia & S. Haffner, “Test systems and mathematical models for transmission network expansion planning, Generation, Transmission and Distribution,” IEEE Proc., vol. 149, no. 1, pp. 27–36, Aug. 2002. https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20020026

R. Fang & D. Hill, “A new strategy for transmission expansion in competitive electricity markets,” IEEE Trans. Power. Syst., vol. 18, no. 1, pp. 374–380, Feb. 2003. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2002.807083

R. Romero & A. Monticelli, “A hierarchical decomposition approach for transmission network expansion planning,” IEEE Trans. Power. Syst., vol. 9, no. 1, pp. 373–380, Feb. 1994. https://doi.org/10.1109/59.317588

Publicado

2020-04-14

Cómo citar

Correa Flórez, C. A., Sánchez Salcedo, A., & Panesso Hernández, A. (2020). Metodología Multiobjetivo para el Planeamiento de la Expansión de la Transmisión considerando Incertidumbres en la Generación Eólica y la Demanda. Inge Cuc, 16(1), 267–284. https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.1.2020.20

Número

Sección

Artículos